第1章　WDMデバイスドライバ開発の基礎

WindowsXPデバイスドライバの基本構造

• 1-1　デバイスドライバというソフトウェアの基礎
  • 1-1-1　デバイスドライバとは
  • 1-1-2　なぜデバイスドライバが必要なのか？ 〜デバイスドライバの誕生〜
  • 1-1-3　複雑化するデバイスドライバ
  • 1-1-4　OSとデバイスドライバ
  • 1-1-5　一般的なデバイスドライバの構造
• 1-2　Windowsデバイスドライバの変遷とWDMの誕生
  • 1-2-1　WDMの基本はWindows NTのデバイスドライバ
  • 1-2-2　Windows 9XとWindows NTをつないだWDM
• 1-3　WDMデバイスドライバの基本構造
  • 1-3-1　いきなりコードを見てみる
  • 1-3-2　DriverEntry関数って何？
  • 1-3-3　DriverEntry関数では何をやっているか？
• 1-4　ドライバ間での同期 〜「イベント」を理解する〜
  • 1-4-1　イベント処理の基本概念 〜割り込みをどう処理するか？〜
  • 1-4-2　ドライバ間通信の関連APIとIRQL
  • 1-4-3　バスデバイスドライバとの通信終了の処理方法
• 1-5　ドライバの管理およびドライバ間通信の方法
  • 1-5-1　ドライバを管理する3つの構造体
  • 1-5-2　ドライバオブジェクト構造体
  • 1-5-3　デバイスオブジェクト構造体
  • 1-5-4　IRP構造体
  • 1-5-5　I/Oスタックロケーション
  • 1-5-6　IRPを使ったドライバ間通信
• 1-6　デバイスドライバのセットアップとAddDevice関数
  • 1-6-1　デバイスドライバのセットアップの仕組み
  • 1-6-2　INFファイル
  • 1-6-3　デバイスドライバ開発時に必要なレジストリデータ
  • 1-6-4　AddDevice関数によるデバイス初期化
• 1-7　プラグ＆プレイ
  • 1-7-1　プラグ＆プレイの動作概要
  • 1-7-2　プラグ＆プレイで処理する項目
  • 1-7-3　プラグ＆プレイ処理関数の概要
  • 1-7-4　プラグ＆プレイ処理のコード例
• 1-8　電源管理の仕組み
  • 1-8-1　WDMでの電源管理
  • 1-8-2　電源管理での処理内容について
  • 1-8-3　電源管理のコード例
• 1-9　デバイスドライバでのデバイス制御部分
  • 1-9-1　デバイスドライバのオープンとクローズ
  • 1-9-2　WDMでのメモリの取り扱いについて
  • 1-9-3　デバイスドライバのリード/ライト処理
  • 1-9-4　デバイスドライバのI/O制御処理
• 　 コラム　デバイスドライバ開発ツール

第2章　USB2.0の基礎知識

デバイスドライバ開発に必要なデータ転送プロトコルを理解する

• 2-1　USBとは
• 2-2　USBの4種類のデータ転送方式
  • 2-2-1　コントロール転送
  • 2-2-2　バルク転送
  • 2-2-3　インタラプト転送
  • 2-2-4　アイソクロナス転送
• 2-3　アドレスとエンドポイント
  • 2-3-1　ホストはUSBデバイスをアドレスで指定する
  • 2-3-2　転送形態を管理するエンドポイント
• 2-4　パケットとトランザクション
  • 2-4-1　パケット
  • 2-4-2　トランザクション
  • 2-4-3　各転送のトランザクション構成
• 2-5　USBデバイスの構成
• 2-6　ディスクリプタ
  • 2-6-1　デバイスディスクリプタ
  • 2-6-2　コンフィギュレーションディスクリプタ
  • 2-6-3　インターフェースディスクリプタ
  • 2-6-4　エンドポイントディスクリプタ
  • 2-6-5　ストリングディスクリプタ
• 2-7　リクエスト
  • 2-7-1　標準リクエスト
  • 2-7-2　クラスリクエストとベンダーリクエスト
• 2-8　USBデバイスのエニュメレーション
• 2-9　USB2.0での変更点
  • 2-9-1　USB2.0の特徴
  • 2-9-2　マイクロフレーム
  • 2-9-3　パケットサイズの変更
  • 2-9-4　PIDの追加
  • 2-9-5　ディスクリプタの追加／変更
  • 2-9-6　スプリットトランザクション
  • 2-9-7　PINGプロトコル
• 2-10　クラスの定義例 〜マスストレージクラス〜
  • 2-10-1　マスストレージクラスの特徴：SCSI→ATA→ATAPI→USBの歴史
  • 2-10-2　2つのマスストレージクラス
  • 2-10-3　CB/CBIデバイス
  • 2-10-4　バルクオンリーデバイス
  • 2-10-5　ATAPIコマンドプロトコルの概要

第3章　Windows XP上でのUSBデバイスドライバの取り扱い方法

• 3-1　USBデバイスドライバの概要
  • 3-1-1　USBバスデバイスドライバの構造
  • 3-1-2　互換性の問題
  • 3-1-3　クラスデバイスドライバと標準サポート
• 3-2　USBホストコントローラドライバとのインターフェース
  • 3-2-1　インターフェース概要
  • 3-2-2　URBの定義
  • 3-2-3　USBデバイスを管理する構造体
  • 3-2-4　URBマクロ
• 3-3　URBをUSBホストコントローラドライバに転送する方法
• 3-4　USBファンクションデバイスドライバの初期化処理
  • 3-4-1　デバイスドライバの選択と初期化処理を記述する場所
  • 3-4-2　デバイススタート処理で記述すべきこと
  • 3-4-3　デバイススタート処理の記述例
  • 3-4-4　デバイスリムーブ処理
• 3-5　URBを使ってのUSBデバイス制御
  • 3-5-1　リクエスト発行（コントロール転送）
  • 3-5-2　バルク転送とインタラプト転送 〜両者に記述上の違いはない〜
  • 3-5-3　パイプリセット（STALL解除）処理
  • 3-5-4　アイソクロナス転送
• 3-6　Windows XPで追加された機能
  • 3-6-1　USBバスインターフェース構造体
  • 3-6-2　USBホストコントローラドライバを直接呼び出せる関数
  • 3-6-3　USBバスインターフェース構造体を使用したコード例

第4章　DDKでのUSBデバイスドライバ開発

USBのデバイスドライバを実際に作成してみる

• 4-1　開発環境のセットアップ
  • 4-1-1　開発を行うために必要なもの
  • 4-1-2　ハードウェア環境の整備
  • 4-1-3　ソフトウェア環境の整備
• 4-2　DDKの構成とUSB View
  • 4-2-1　DDKの構成
  • 4-2-2　USB Viewとは
  • 4-2-3　USB View のビルド 〜DDKでのビルド作業〜
  • 4-2-4　USB Viewを使ったUSBデバイスの調査
• 4-3　USB接続のCD-ROMドライブのデバイスドライバの仕様
  • 4-3-1　作成するデバイスドライバの機能
  • 4-3-2　アプリケーションとデバイスドライバの作業分担
  • 4-3-3　DeviceIoControlでの各制御項目の役割
• 4-4　“Hello World”デバイスドライバを作成？
  • 4-4-1　本デバイスドライバの構成
  • 4-4-2　デバイスドライバの記述
  • 4-4-3　ドライバをビルドするのに必要なファイル
  • 4-4-4　デバイスドライバのビルド
• 4-5　INFファイルの作成とインストール
  • 4-5-1　INFファイルの作成
  • 4-5-2　ターゲットPCへのデバイスドライバのインストール
  • 4-5-3　インストールに失敗した理由
• 4-6　WinDbgによるデバッグ
  • 4-6-1　WinDbgを使ってみる
  • 4-6-2　ソースファイルを使ったシンボルデバッグの準備
  • 4-6-3　ブレークポイント
  • 4-6-4　ローカル変数確認
  • 4-6-5　メモリ内容確認
  • 4-6-6　クラッシュ時の表示の確認
• 4-7　AddDevice関数の実装
  • 4-7-1　GUIDの作成
  • 4-7-2　GUIDとDeviceExtension構造体の記述
  • 4-7-3　AddDevice関数のコーディング
  • 4-7-4　AddDevice関数の実行
• 4-8　プラグ＆プレイ関数の実装
  • 4-8-1　基本的なプラグ＆プレイ処理の実装
  • 4-8-2　USBデバイスの初期化処理の実装
  • 4-8-3　プラグ＆プレイの挙動調査 〜取り外せないデバイス〜
• 4-9　アプリケーションとのインターフェース
  • 4-9-1　デバイスドライバをオープンするアプリケーションの作成
  • 4-9-2　デバイスドライバ側の対応と実行例
• 4-10　DeviceIoControl関数を使った制御
  • 4-10-1　DeviceIoControl関数
  • 4-10-2　本デバイスドライバで使用する制御コード
  • 4-10-3　デバイスドライバの実装
  • 4-10-4　アプリケーションの実装
  • 4-10-5　DeviceIoControlによるデバイス制御の実行
• 4-11　クラスリクエスト発行処理の実装
  • 4-11-1　クラスリクエスト発行のコード
• 4-12　リード/ライト処理 〜バルク転送〜
  • 4-12-1　ダイレクトI/Oのリード/ライト処理（ドライバ）
  • 4-12-2　リード/ライト処理のテスト
  • 4-12-3　バルク転送を行うリード/ライト処理の手順
  • 4-12-4　バルク転送処理のコード
• 4-13　ATAPIデバイスの情報の表示
  • 4-13-1　ATAPIコマンド処理の手順
  • 4-13-2　Inquiry処理のコード
  • 4-13-3　Inquiry処理の実行
• 4-14　STALL対策コードの実装
  • 4-14-1　STALLを出させるには
  • 4-14-2　ReadCapacity処理によるSTALLの実現
  • 4-14-3　パイプリセット処理の実装
  • 4-14-4　パイプリセットの確認
• 4-15　デバイススピードチェック機能の実装
  • 4-15-1　USBバスインターフェース構造体を取得するコード
  • 4-15-2　デバイスのスピードチェック部分の記述
  • 4-15-3　アプリケーションによるチェック
• 4-16　電源管理処理の実装
  • 4-16-1　USBファンクションデバイスドライバの電源管理
  • 4-16-2　DEVICE_CAPABILITIESの取得
  • 4-16-3　電源管理処理
  • 4-16-4　実装された電源管理処理の確認

第5章　USBアプリケーションの作成

アプリケーションを作成してデバイスを動かしてみる

• 5-1　アプリケーションプログラムの仕様
• 5-2　テストファイルの文法
• 5-3　ベースプロジェクトについて
• 5-4　基本的な関数の実装
  • 5-4-1　アプリケーション終了時の関数の実装
  • 5-4-2　リストボックス関連のユーティリティ関数
• 5-5　テストプログラムのクラス仕様
• 5-6　USBデバイスクラスの実装
  • 5-6-1　ヘッダの定義
  • 5-6-2　ハンドルの取得処理
  • 5-6-3　デバイスドライバのオープン／クローズ処理
  • 5-6-4　デバイスクラスの取得
  • 5-6-5　クラスリクエストの発行
  • 5-6-6　バルク転送
  • 5-6-7　デバイス速度のチェック
  • 5-6-8　デバイスドライバにアクセスするための記述
  • 5-6-9　USBデバイスのテスト
• 5-7　USBストレージデバイスクラスの実装
  • 5-7-1　USBストレージデバイスクラスの記述
  • 5-7-2　CB/CBIストレージデバイスクラスの実装
  • 5-7-3　バルクオンリーストレージデバイス
  • 5-7-4　ストレージデバイスのテスト
• 5-8　USBストレージテストクラスの実装
  • 5-8-1　初期化処理
  • 5-8-2　終了処理
  • 5-8-3　ATAPIコマンドのテスト
  • 5-8-4　プロダクト名の取得処理とデバイスクラスの取得処理
  • 5-8-5　RequestSense，ReadCapacity，Inquiryの各コマンドの発行処理
  • 5-8-6　デバイス速度およびCBIストレージクラスかどうかのチェック
  • 5-8-7　CUsbtestDlgクラスを実装してのテスト
• 5-9　テストファイルクラスの実装および最終テスト
  • 5-9-1　テストファイルクラスの実装
  • 5-9-2　テストアプリケーションを完成させる
  • 5-9-3　テストファイルを使ったATAPI処理
• 5-10　CDの再生
  • 5-10-1　音楽再生テストで使うコマンド
  • 5-10-2　音楽CDの内容のチェック
  • 5-10-3　音楽CDの再生／確認／ストップ

第6章　DriverWorksによるデバイスドライバ開発の基礎

WDMをクラス化したデバイスドライバ開発ツール

• 6-1　DriverStudioについて
  • 6-1-1　DriverWorksの特徴
  • 6-1-2　SoftICEの特徴
• 6-2　DriverWorksにおけるデバイスドライバモデル
  • 6-2-1　派生したクラスにデバイス特有の記述を行えばよい
  • 6-2-2　もとの3つの構造体とクラスの関係
  • 6-2-3　3つのクラスの機能
  • 6-2-4　もう1つ重要なKPnpLowerDeviceクラス
  • 6-2-5　デバイスドライバ開発では2つのクラスを実装する
• 6-3　USBデバイスドライバ作成時に必要となる基本的なクラス
  • 6-3-1　KDriverクラス
  • 6-3-2　KPnpDeviceクラス
  • 6-3-3　KPnpLowerDeviceクラス
  • 6-3-4　KIrpクラス
  • 6-3-5　KEventクラス
  • 6-3-6　KMemoryクラス
  • 6-3-7　KUsbLowerDeviceクラス
  • 6-3-8　KUsbInterfaceクラス
  • 6-3-9　KUsbPipeクラス
• 6-4　USBファンクションデバイスドライバの構造
  • 6-4-1　USBファンクションデバイスドライバの構造
  • 6-4-2　デバイスドライバの初期化
  • 6-4-3　デバイス初期化処理
  • 6-4-4　デバイス削除処理
  • 6-4-5　USBファンクションデバイスドライバの電源管理
  • 6-4-6　オープン/クローズ処理
  • 6-4-7　リード/ライト処理
  • 6-4-8　DeviceIoControlによるデバイス制御処理
• 6-5　DDKコードとDriverWorksコードのAPI変換表

第7章　デバイスドライバ開発の実際

オブジェクト指向デバイスドライバの作成

• 7-1　DriverStudioを使ったデバイスドライバ開発
  • 7-1-1　開発を行うために必要なもの
  • 7-1-2　DriverStudioのインストール
• 7-2　SoftICEによるリモートデバッグの準備
  • 7-2-1　ターゲットPCの準備
  • 7-2-2　ホストPCの準備
• 7-3　DriverWorksのライブラリをビルドする
  • 7-3-1　ライブラリのビルド
  • 7-3-2　ライブラリの修正 〜USB部分を修正する〜
• 7-4　DriverWorksによるデバイスドライバ作成
  • 7-4-1　ドライバウィザードでプロジェクトを生成
  • 7-4-2　プロジェクトの修正
  • 7-4-3　ドライバのビルド
  • 7-4-4　作成したドライバのインストールとテスト
• 7-5　SoftICEによるデバッグとドライバの動作確認
  • 7-5-1　デバッグ用のコード変更
  • 7-5-2　シンボルファイルの作成
  • 7-5-3　シンボルファイルのロード
  • 7-5-4　SoftICEを使ってみる
  • 7-5-5　電源管理処理のチェック
  • 7-5-6　システムクラッシュの確認
  • 7-5-7　SoftICEでのデバッグのまとめ
• 7-6　DeviceControl関数への実装
  • 7-6-1　コンフィギュレーションディスクリプタの取得
  • 7-6-2　クラスリクエストの発行
  • 7-6-3　Inquiryの発行の確認
• 7-7　USBパイプリセット 〜エンドポイント制御の実装〜
  • 7-7-1　UsbtestDeviceクラスへのメンバの追加
  • 7-7-2　リード/ライト終了処理の修正
  • 7-7-3　IOCTL_USB_RESET_PIPE_Handler関数の実装
  • 7-7-4　テストプログラムによる検証
• 7-8　USBバスインターフェース構造体の処理
  • 7-8-1　クラスライブラリの修正
  • 7-8-2　IOCTL_USB_CHECK_SPEED_Handler関数の修正
  • 7-8-3　テストプログラムの実行
• 7-9　テストアプリケーションの実行
• 7-10　DriverStudioを使った開発のまとめ

Appendix

• A.　既存ドライバからUSBドライバへの置き換えについての考察
• B.　Windows 98/MeのUSBデバイスドライバをWindows XPに対応させるには
• C.　CD-ROMドライブ以外のUSBデバイスに対応したデバイスドライバを開発する場合のポイント
• D.　SoftICEでシリアルデバッグを行う
• E.　Visual C++ .NETによるアプリケーション開発
• F.　DriverStudio3.0を使ったドライバ開発