Etienne Tremblay

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Etienne Tremblay

• Ordinateurs, Structure et Applications

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Cours 21, Les pilotes de périphériques
Université Laval, Hiver 2007
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Rôle et Définition

• Un pilote de périphérique est un programme qui
  gère les accès à un périphérique. Il fournit un
  ensemble de fonctions standards qui permet à une
  application daccéder au matériel.
• Sous Windows, le gestionnaire de périphérique
  (device manager) est un programme qui gère le
  matériel et les pilotes de périphériques (device
  driver). Ne pas confondre gestionnaire et pilote
  ?.

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Les types de pilotes

• Windows 2000 supportent 2 catégories de pilotes
  de périphériques WDM et les autres pilotes
  (device-class-specific pilote models dans le
  jargon de Microsoft). WDM signifie Windows pilote
  Model. Il sagit dun modèle générique de pilote
  de périphérique. Les autres pilotes sont des
  pilotes du style de ceux de Windows NT Un pilote
  port écrit par Microsoft est apparié avec un
  pilote miniport écrit par le vendeur du
  périphérique. Le pilote port exécute la plupart
  des tâches reliées à la classe de périphérique
  alors que le pilote miniport exécute les tâches
  spécifiques au périphérique connecté. Par
  exemple, la pilote de port SCSI gèrera la plupart
  des opérations reliés au port SCSI tandis que le
  pilote miniport soccupera des opérations reliées
  à un type particulier dadaptateur SCSI.
• Les pilotes WDM supportent le Plug and Play qui
  trouve de nouveaux appareils branchés. Ils
  sinstallent à partir dun fichier INF et il
  existe plusieurs pilotes de base pour des bus ou
  des classes dappareil.
• Les pilotes de style Windows NT ont besoin dun
  programme dinstallation et cest le pilote qui
  doit trouver les périphériques connectés.
• Les deux types de pilotes fonctionnent ont un
  fonctionnement interne similaire ils utilisent
  des IRPs (I/O Request Packets), ils ont le même
  modèle de processeur, et ils gèrent la puissance
  (mode veille) ou le WMI de la même manière
  (Windows Management Interface. Il sagit de
  fonctions permettant dobtenir de linformation
  sur les performances des pilotes).

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Plug And Play (PnP)

• Le rôle du gestionnaire de Plug And Play est de
  gérer lajout ou le retraits de périphériques. Le
  Plug And Play a les fonctionnalités suivantes
• Détecter si un appareil est ajouté ou retiré.
• Charger des pilotes de périphériques au besoin.
• Gérer les ressources pour les appareils (IRQ,
  DMA, etc.)
• Envoyer des messages au pilotes pour lui signaler
  des évènements (Addition/retrait dappareil,
  assignement/re-assignement de ressources)

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Pilotes et sécurité

• Les pilotes de périphériques sont considérés
  comme sûrs. Alors que les accès à la mémoire et
  aux ressources sont contrôlés pour une
  application, ce nest pas le cas des pilotes de
  périphériques. Ils opèrent en mode noyau et
  peuvent faire planter le système dexploitation.
• Par ailleurs, les pilotes ont la responsabilité
  de sassurer quun usager non autorisé na pas
  accès à un périphérique. Pour plus de
  renseignement, lire http//www.microsoft.com/whdc/
  pilote/security/drvsecure.mspx.

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Accès aux I/Os Schéma général (1/3)
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Accès aux I/Os Schéma général (2/3)

• Tous les accès aux périphériques sont vus comme
  des accès à un fichier pour les applications
  Windows.
• Pour communiquer avec un périphérique, une
  application doit ouvrir un lien de communication
  avec le périphérique (Open file), puis faire des
  écritures et des lectures (Read/Write file). Un
  handle est un numéro qui est attribué à un
  fichier lors de son ouverture. Ce numéro sert à
  identifier le fichier/périphérique pour toutes
  les opérations sur le fichier subséquentes.
• Les requêtes dI/Os sont envoyées à lI/O manager
  (gestionnaire dE/S). Une routine dI/O crée un
  IRP (I/O Request Paquet) qui est envoyé au pilote
  de périphérique approprié. Un IRP dernier est un
  objet décrivant une requête dI/O.
• Le pilote de périphérique traite le IRP et il
  envoie des commandes au périphérique.
• Le périphérique reçoit les commandes du pilote de
  périphérique. Il les exécute, puis signale
  quelles sont terminées par une(des)
  interruption(s).
• La routine dinterruption (ISR) redonne le
  contrôle au pilote de périphérique qui termine le
  transfert de donnée du/vers le périphérique.
• Le pilote de périphérique signale à la routine
  dI/O que lopération est complétée. La routine
  dI/O, à son tour, signale au processus qu
  lopération est complétée.

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Accès aux I/Os Schéma général (3/3)
Tiré des notes de cours de IFT-10544, Université
Laval, session A04. Modifié par Etienne Tremblay
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WDM driver stack

• Un pilote de périphérique est habituellement
  constitué de plusieurs pilotes de périphériques
  disposé en couches des pilotes haut niveau
  communique les IRP vers des pilotes bas niveau
  qui remonte ensuite le résultat de la transaction
  avec le périphérique. Chaque couche de la pile
  de pilote de périphérique implémente de
  nouvelles fonctionnalité pour le périphérique. Un
  pilote nayant quune seule couche est dit
  monolithique.
• Il y a 3 types de couches de pilotes filtre,
  fonction/classe et bus. Les couches filtres
  ajoutent une fonctionnalité sans changer le mode
  dopération du périphérique. Exemple Gestion de
  puissance. Les couches Functions/Classes
  décrivent les fonctionnalités dun périphérique
  en particulier. Exemple HID (Voir prochain
  cours!). Les couches BUS gèrent les bus du PC.
  Elles sont déjà implémentées dans Windows. Liste
  des pilotes de bus standard Port, IEEE1394
  (Firewire), USB, SCSI, ACPI, PCI, PnPISA.

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Exemple de driver stack Clavier HID USB
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Fonctions dun pilote de périph.

• Un pilote de périphérique est constitué dun
  ensemble de routines. Ces routines sont appelées
  par le système dexploitation lors de certains
  évènements (pour traiter un IRP par exemple). On
  dit que les routines sont callback , parce
  quelle sont appelées par le noyau sous certaines
  circonstances, pas par le pilote de périphérique.
• Le pilote de périphérique doit sinitialiser et
  se retirer de la mémoire proprement. Par exemple,
  il doit faire le lien entre ses routines et les
  circonstances décrites plus bas lors de son
  initialisation.
• Un pilote de périphérique doit gérer lajout ou
  le retrait de périphérique.
• Un pilote de périphérique doit traiter les IRPs
  faisant des accès au périphérique (Create, Read,
  Write, Close, Contrôle de I/O). Les routines pour
  de tels IRP sont appelées routines de dispatch
  car elle ne font souvent quun pré traitement
  comme de la vérification de paramètres avant de
  dispatcher lexécution de la requête à une autre
  partie du pilote.
• Un pilote de périphérique doit sassurer que les
  requêtes arrivent une à une au périphérique.
• Un pilote de périphérique doit gérer certains
  aspects du matériel comme les interruptions, le
  DMA et les appels de procédure différé (DPC, voir
  plus loin)
• Un pilote de périphérique doit aussi gérer la
  puissance et supporter le WMI.
• La liste des fonctions dun pilote pourrait
  sallonger

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Références et exercices

• Références
• Writing Windows WDM Device pilotes, Chris Cant
• http//www.scotsmist.co.uk/acpi.html
• http//www.microsoft.com/whdc/pilote/security/drvs
  ecure.mspx.
• http//www.microsoft.com/whdc/pilote/kernel/mem-mg
  mt.mspx
• http//www.microsoft.com/whdc/devtools/ddk/default
  .mspx
• http//www.microsoft.com/whdc/pilote/kernel/IRPs.m
  spx
• http//www.microsoft.com/whdc/hwdev/pilote/LOCKS.m
  spx
• http//www.microsoft.com/whdc/pilote/security/thre
  atmodel.mspx
• http//www.microsoft.com/whdc/pilote/kernel/IRQL.
  mspx, Scheduling, Thread Context, and IRQLs