ETUDE ET CONCEPTION D UN SYSTEME D INTERFACE DU PORT USB DE L ORDINATEUR

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1 UNIVERSITE D ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE Polytechnique, Premier Partenaire des Professionnels DEPARTEMENTS : GENIE MECANIQUE ET PRODUCTIQUE GENIE ELECTRIQUE FILIERE GENIE INDUSTRIEL s en vue de l obtention du diplôme d ingénieur en Génie Industriel Numéro d ordre : /2010 Intitulé : ETUDE ET CONCEPTION D UN SYSTEME D INTERFACE DU PORT USB DE L ORDINATEUR Présenté et soutenu le 12 Novembre 2011 par : HERIMAMPIONONA Hasindrainy Florent Directeur de mémoire : Monsieur ANDRIAMANOHISOA Hery Zo, Enseignant chercheur à l ESPA Promotion 2010

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3 UNIVERSITE D ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE Polytechnique, Premier Partenaire des Professionnels DEPARTEMENTS : GENIE MECANIQUE ET PRODUCTIQUE GENIE ELECTRIQUE FILIERE GENIE INDUSTRIEL s en vue de l obtention du diplôme d ingénieur en Génie Industriel Numéro d ordre : /2010 Intitulé : ETUDE ET CONCEPTION D UN SYSTEME D INTERFACE D DU PORT USB DE Présenté et soutenu le 12 Novembre 2011 par : HERIMAMPIONONA Hasindrainy Florent Directeur de mémoire : Monsieur ANDRIAMANOHISOA Hery Zo Zo, Enseignant chercheur à l ESPA Président du Jury : Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin Rodin, Chef du département Génie Mécanique et productique, Enseignant à l ESPA Examinateurs : Ø Monsieur ANDRIAMANALINA William William,, Enseignant à l ESPA Ø Monsieur RAMELINA Lala Arimonjy Arimonjy, Enseignant à l ESPA Ø Monsieur RAVALOMANANA Olivier Olivier,, Enseignant à l ESPA. Promotion 2010

4 REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS Avant tout, je rends grâce à Dieu pour sa bienveillance, soutien, miséricorde et protection tout au long de notre étude ce qui a conduit à l achèvement de cet ouvrage. Ce présent n a pu être achevé sans l intervention de plusieurs personnes. Ainsi, je tiens à adresser mes sincères remerciements à : Monsieur ANDRIANARY Philippe, Directeur de l Ecole Supérieure Polytechnique d Antananarivo de m avoir laissé soutenir mon mémoire de fin d étude; Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin, à la fois Chef de Département Génie Mécanique et Productique, et président du jury de ce présent mémoire ; Monsieur RAKOTONIAINA Solofohery, Chef de Département Génie électrique ; Monsieur ANDRIAMANOHISOA Hery Zo, Directeur de ce mémoire qui, malgré ses lourdes responsabilités, a bien voulu partager ses connaissances et m encadrer durant toute l élaboration de cet ouvrage ; Aux membres du jury qui ont pris de leur temps pour ce mémoire : Monsieur ANDRIAMANALINA William, Enseignant à l ESPA ; Monsieur RAMELINA Lala Arimonjy, Enseignant à l ESPA ; Monsieur RAVALOMANANA Olivier, Enseignant à l ESPA. Je ne saurais oublier tous les enseignants à l ESPA, surtout de la filière Génie Industriel qui nous ont instruit durant ces cinq ans d études. Mes remerciements sont aussi adressés à ma famille pour leur soutien et encouragement, ainsi qu à tous mes amis et collègues. Mes vifs remerciements aussi à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de cet ouvrage. Merci beaucoup. i

5 TABLES DES MATIERES TABLES DES MATIERES REMERCIEMENTS... i TABLES DES MATIERES... ii LISTE DES TABLEAUX... vi LISTE DES FIGURES... vii LISTE DES ABREVIATONS... ix INTRODUCTION... 1 PARTIE I : CONTEXTE GENERAL... 2 Chapitre 1 : GENERALITES SUR L USB PRESENTATION DE L USB HISTORIQUE DE L USB AVANTAGES DE L UTILISATION DE L USB ARCHITECTURE DU BUS USB CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU BUS USB Câble Connecteur CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DU BUS USB Etats sur les lignes de données Version d un périphérique Codage NRZI CONCLUSION... 9 Chapitre 2 : COMMUNICATION SUR LE PORT USB STRUCTURE D UN DEVICE MODELE DE COMMUNICATION FLUX DE COMMUNICATION Pipe ii

6 TABLES DES MATIERES Différents types de transfert Transfert de contrôle (Control) Transfert par interruption (Interrupt) Transfert isochrone (Isochronous) Transfert en masse (Bulk) ENUMERATION Définition de l énumération Principe de fonctionnement PROTOCOLE USB Différents champs d une trame USB Types de paquet USB DESCRIPTEURS CONCLUSION PARTIE II : METHODOLOGIE Chapitre 3 : PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT GENERALITES SUR WINDOWS NT Présentation de Windows NT Architecture de Windows NT Registre de Windows NT PILOTES DE WINDOWS Présentation du pilote de Windows Kernel Mode Drivers WDM Présentation de WDM Architecture de WDM Routines de support pour les drivers de WDM IRQ Level (IRQL) Paquet de demande d E/S Objet de driver et Objet de dispositif Les routines d entrée iii

7 TABLES DES MATIERES 3.3 CONCLUSION Chapitre 4 : CONTROLEUR D USB MICROCONTROLEUR Présentation du Microcontrôleur Architecture interne d un microcontrôleur Microprocesseur Mémoire programme Mémoire de Données Interface parallèle Interface série CAN Timer Chien de garde Signal d horloge DISPOSITIF D E/S DE L USB Présentation du dispositif d E/S de l USB Contrôleur d USB Critères de sélection Quelques types de Contrôleur d USB CONCLUSION PARTIE III : IMPLEMENTATIONS ET RESULTATS Chapitre 5 : IMPLEMENTATIONS LA CARTE D INTERFACE Présentation du projet PIC 18F Conception de la carte Représentation schématique de la carte Description des composants PROGRAMMATION DU PIC Présentation du firmware Outils de développement iv

8 TABLES DES MATIERES Firmware Enumération Communication avec le host Structure du programme Compilation du firmware DRIVER Présentation WDK Compilation du driver Programme du driver Fonctions de contrôle Routines du programme Paquetage CONCLUSION Chapitre 6 : SIMULATION ET RESULTATS LOGICIEL GIUSBInterface Présentation du logiciel Mode d utilisation du logiciel SIMULATION Définition de la simulation Raisons de la simulation Proteus Circuits de test CONCLUSION CONCLUSION GENERALE ANNEXE... I BIBLIOGRAPHIE... VI WEBOGRAPHIE... VII v

9 LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX Tableau 1.1 : Avantages de l USB... 4 Tableau 1.2: Brochage des connecteurs... 7 Tableau 2.1 : Différentes couches de l échange via USB Tableau 2.2 : Récapitulatifs des différents types de transfert Tableau 2.3 : Désignation des PID Tableau 2.4 : Format des paquets et Nombre de bits Tableau 2.5 : Identification des descripteurs Tableau 3.1 : Composants du mode noyau exposant des routines de support pour les drivers de WDM Tableau 3.2 : IRQ Levels pour la plateforme x Tableau 4.1 : Contrôleurs d USB compatibles avec les familles populaires de microcontrôleurs.. 36 Tableau 5.1 : Valeurs des LEDs en fonction de l état du dispositif Tableau 5.2 : Les fonctions de contrôle du driver Tableau 5.3 : Paquetage du driver vi

10 LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES Figure 1.1 : Topologie du bus USB... 5 Figure 1.2 : Câble USB... 6 Figure 1.3 : Section d un câble USB... 6 Figure 1.4 : Différents types de prises USB... 6 Figure 1.5 : Différents types de connecteurs USB... 6 Figure 1.6 : Connexion Low Speed... 7 Figure 1.7 : Connexion Full Speed... 8 Figure 1.8 : Système de transfert et de Codage des données... 8 Figure 1.9 : Principe du codage NRZI... 8 Figure 2.1 : Eléments d un device Figure 2.2 : Modèle de couche pour la communication USB Figure 2.3 : Flux de communication de l USB Figure 2.4 : Diagramme hiérarchique des descripteurs Figure 3.1 : Architecture de Windows NT Figure 3.2 : Architecture des couches de WDM Figure 3.3 : Structure d un IRP Figure 3.4 : Structure d IRP concernant les locations de la pile Figure 3.5 : Structure d un objet de driver Figure 3.6 : Structure d un objet de dispositif Figure 4.1 : Système à microcontrôleur Figure 4.2 : Architecture d un microcontrôleur Figure 4.3 : Configuration d horloge Figure 4.4 : Schéma fonctionnel d un dispositif d E/S d USB Figure 5.1 : Schéma fonctionnel de la carte d interface Figure 5.2 : Vue d ensemble du PIC18F vii

11 LISTE DES FIGURES Figure 5.3 : Schéma de montage de la carte d interface Figure 5.4 :Modélisation3D de la carte d interface Figure 5.5 : Résumé des étapes d énumération Figure 5.6 : Relation entre les fichiers et les fonctions principales du programme Figure 5.7 : Organigramme du programme principal Figure 5.8 : Contenu d un fichier makefile Figure 6.1 : Icône du logiciel GIUSBInterface Figure 6.2 : Message montrant le non connexion de la carte Figure 6.3 : Interface utilisateur du logiciel GIUSBInterface v Figure 6.4 : Circuit à 8 LEDs Figure 6.5 : Circuit à 8 interrupteurs Figure 6.6 : Circuit à LEDs Figure 6.7 : Circuit à potentiomètres viii

12 LISTE DES ABREVIATIONS LISTE DES ABREVIATONS Abréviation ADDR ALU CAN CISC CNA CPU CRC DDI DMA DOS EEPROM EISA ENDP EOP EPROM E/S: FDO FiDO FIFO FILO HAL HID ICSP IDE IOCTL IRQ IRQL ISA IRP LSB Désignation Address Arithmetical and Logical Unit ou Unité Arithmétique et Logique Convertisseur Analogique Numérique Complex Instruction Set Computer Convertisseur Numérique Analogique Central Processing Unit ou Unité Centrale de Traitement Cyclic Redundancy Check Device Driver Interfaces Direct Memory Access Disk Operating System Electrically EPROM Enhanced Industry Standard Architecture Endpoint End Of Packet Erasable PROM Entrée/Sortie Function Device Object Filter Device Object First In First Out ou Première Entrée Première Sortie First In Last Out ou Première Entrée Dernière Sortie Hardware Abstraction Layer ou Couche d Abstraction Materielle Human Interface Driver In Circuit Serial Programming Integrated Development Environment I/O Control Code Interrupt ReQuest ou Demande d Interruption IRQ Level Industry Standard Architecture I/O Request Packet Least Significant Bit ix

13 LISTE DES ABREVIATIONS MIDI NT NYET OLE OS PC PCB PCI PDO PID PID PROM PWM RAM RISC ROM SCSI SIE SOF SYNC USB USBD VID WDK WDM Musical Instrument Digital Interface New Technology No response Yet Object Linking and Embedding Operating System ou Système d Exploitation Personal Computer Printed Circuit Board Peripheral Component Interconnect Physical device Object Paquet ID Product ID Programmable ROM Pulse Width Modulation Random Access Memory Reduced Instruction Set Computer Read Only Memory Small Computer System Interface Serial Interface Engine Start Of Frame Synchronisation Universal Serial Bus USB Driver Vendor ID Windows driver Kit Windows Driver Model x

14 INTRODUCTION INTRODUCTION Depuis l apparition des premiers PC (Personal Computer) ou ordinateurs, la connexion avec les périphériques extérieures s est révélée indispensable. Les connecteurs se sont évolués suivant les besoins des utilisateurs comme : la vitesse de transfert, la longueur et le coût des câblages nécessaires à la communication, la fiabilité et la sécurité, et d autres critères facilitant la communication entre le PC et les dispositifs extérieurs. Actuellement l USB «Universal Serial Bus» a supplanté les anciens ports d interfaçage comme le port parallèle, le port série RS-232, le port PS/2, le port joystick (ou port MIDI : Musical Instrument Digital Interface), le port SCSI (Small Computer System Interface), et même des bus internes comme PCI (Peripheral Component Interconnect) pour la connexion de certains dispositifs (par exemple cartes son ou cartes de réception TV). Ainsi il devient un standard surtout les PC, et aussi il satisfait les besoins des utilisateurs. C est pourquoi, ce présent mémoire intitulé : «Etude et conception d un système d interface du port USB de l ordinateur» a pour objectif d étudier le protocole de communication sur le bus USB afin de développer un système capable de contrôler totalement le transfert et l acquisition de données sur le port USB. Pour se faire, notre étude se subdivisera comme suit en trois grandes parties : La première s intéresse au contexte général s affairant aux généralités sur le bus USB et la communication sur ce bus ; La seconde partie relate les méthodologies, dans laquelle on étudiera le pilote de périphérique pour Windows NT et le contrôleur d USB ; Et enfin, la dernière, implémentation et résultats, qui exposera la réalisation du système et une simulation pour tester notre système. 1

15 CONTEXTE GENERAL PARTIE I : CONTEXTE GENERAL 2

16 GENERALITES SUR L USB Chapitre 1 : GENERALITES SUR L USB Actuellement, parmi les divers ports d interfaçage de l ordinateur, l USB est le plus utilisé et même le plus avancé. Il est aussi employé dans plusieurs applications. Ainsi, il est important de connaître les raisons de sa situation actuelle. Ce premier chapitre consiste à donner une aperçue générale de l USB, et de présenter ses avantages, son architecture et ses divers caractéristiques. 1.1 PRESENTATION DE L USB L USB est une norme relative à un bus de transmission, servant à connecter des périphériques informatiques au PC. Le bus USB s'est répandu de façon très significative ces dernières années, que ce soit dans les applications grand public (imprimantes, scanners, appareils photos) ou dans les applications professionnelles (programmateurs, automates, appareils de mesure). Les raisons principales de son architecture série sont : L'interface série permet d'utiliser une cadence d'horloge beaucoup plus élevée qu'une interface parallèle (dans une architecture parallèle à haut débit, les bits circulant sur chaque fil arrivent avec des décalages temporels, provoquant des erreurs). La connexion série est plus économique que la connexion parallèle de part la simplicité des connecteurs et du faible nombre de conducteurs du câble. 1.2 HISTORIQUE DE L USB Au milieu des années 1990, pour remplacer plusieurs ports externes lents et incompatibles du PC, l USB a été conçu. Ensuite au fur à mesure que les technologies s avancent, différentes versions de la norme sont développées. Le standard USB a été élaboré par l alliance de sept partenaires industriels (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC et Northern Telecom). La première version de la norme, l USB 1.0, voit ses spécifications publiées en Puis la version USB 1.1 lui apporte des corrections en Dans ces normes, deux vitesses de communication sont possibles : 1,5 Mbit/s (faible vitesse, ou Low Speed), et 12 Mbit/s (soit 1.5 Mo/s, pleine vitesse ou Full Speed). En 2000 sort la version USB 2.0 qui apporte des communications à 480 Mbit/s (60 Mo/s, haute vitesse ou High Speed). En 2005, le Wireless USB Promoter Group publie les spécifications d'une version sans-fil de l'usb : le Wireless USB. En 2008 c'est au tour de l'usb 3.0 de voir ses spécifications publiées. Elle introduit les communications à 4,8 Gbit/s (soit env. 600 Mo/s, vitesse supérieure ou Super Speed). Les nouveaux 3

17 GENERALITES SUR L USB périphériques disposeront de connexions à 8 contacts au lieu de 4, mais la compatibilité ascendante des prises et des câbles avec les versions précédentes est assurée. L'introduction de l'usb 3.0 dans des produits grand public a commencé en début de l année AVANTAGES DE L UTILISATION DE L USB L utilisation du port USB nous procure plusieurs avantages qui sont résumés dans le tableau 1.1 suivant : Tableau 1.1 : Avantages de l USB Avantage Description Faible coût L USB fournit un faible coût d interfaçage au PC. Branchement et Débranchement à chaud sans arrêter le PC. Hot Plug and Play L USB détecte automatiquement la connexion d un dispositif, le système configure automatiquement ce dernier pour l utilisation immédiat. (PnP) Le PC définit un simple connecteur pour attacher tous les dispositifs. Simple type de Possibilités de connecter un Hub (concentrateur) au port existant, dans le but d y connecteur connecter plus de périphériques USB. 127 périphériques Supportant la connexion jusqu à 127 périphériques sur le bus USB. L USB supporte les vitesses suivantes : Low Speed à 1.5 Mbit/s (USB 1.0); Plusieurs vitesses Full Speed à 12 Mbit/s (USB 1.1); High Speed à 480 Mbit/s (USB 2.0); Super Speed à 4.8 Gbit/s (USB 3.0). Un périphérique peut être alimenté directement par le câble. Cable Power Une tension de 5 VDC est fournie par le PC, le courant est de 100 à 500 ma selon le HUB. Au contraire de ceux d EISA (Enhanced Industry Standard Architecture), ISA Condition de (Industry Standard Architecture), et PCI ; les dispositifs d USB n exigent aucune ressource du adresse mémoire ou adresse E/S (I/O Address) et n ont pas besoin de lignes système éliminée d interruption. Fiabilité et Sécurité les transactions d USB comprennent des mécanismes de détection d erreurs, qui (Détection et sont utilisés pour s assurer la délivrance sans erreur des données, et réessayer les Correction d erreurs) transactions en cas d erreurs. Mode veille : Suspension automatique du périphérique après 3 ms, quand il n est Power conservation plus utilisé, avec réduction à 500 µa de la consommation en courant du composant. L USB définie 4 types de transferts pour supporter les différents caractéristiques Quatre types de de transfert exigés par les dispositifs : mode Contrôle, Interruption, Isochrone, et transferts Transfert en mode Bloque. Capacité de prolonger le bus On peut installer des Concentrateurs d USB pour avoir plus de ports, ainsi permettant d attacher plus de dispositifs. 4

18 GENERALITES SUR L USB 1.4 ARCHITECTURE DU BUS USB Les connexions sont faites point à point. Tous les appareils ont une connexion amont vers un unique host (hôte) généralement le PC. C est ce dernier qui gère le fonctionnement du bus. Figure 1.1 : Topologie du bus USB L USB utilise une topologie en étoile série (tiered star) : supportant cinq niveaux (tier) de hubs en plus du hub racine qui est implémenté dans l host. Des périphériques au nombre maximum de 127 sont connectés à ces hubs. Les ports dirigés vers les appareils sont appelés ports descendants (Downstream) et ceux dirigés vers l'hôte ports montants (Upstream). Chaque hub contient un contrôleur surveillant les différents ports et qui rend des comptes à l'hôte. Ce dernier interroge les contrôleurs de hubs afin de connaitre les connexions et les déconnexions des périphériques (Function). Lorsqu un appareil est connecté, l'hôte l'identifie et lui assigne une adresse unique : c'est la phase d'énumération. Pour la connexion d'un hub, il y a énumération de tous les appareils en aval. L'hôte attribue également la bande passante en fonction des types de transferts requis par les appareils. Un hub accepte des appareils à basse et pleine vitesse sur ses ports descendants, mais le trafic est celui défini par sa norme (1.1 ou 2.0). La figure 1.1 illustre cette topologie. 1.5 CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU BUS USB Câble Le câble est composé de quatre fils : une paire torsadée (D- et D+) pour les données, elle utilise le principe de transmission différentielle afin de garantir une certaine immunité aux bruits 5

19 GENERALITES SUR L USB parasites de l environnement physique du périphérique ou de son câble, et une paire électrique (Vbus et GND) pour l alimentation 5 V. Un blindage est indispensable pour une utilisation à haute vitesse. La longueur maximale est 5 m. Ces caractéristiques sont détaillées sur les figures ci-dessous (figure 1.2 et figure 1.3) et le tableau 1.2. Figure 1.2 : Câble USB Figure 1.3 : Section d un câble USB Connecteur L USB utilise essentiellement deux types de connecteurs : Type A : de forme plate, se trouvant sur les ports montants (host, hubs) ; Type B : de forme carrée, se trouvant sur les ports descendants (appareils). Les câbles de connexion ont toujours une extrémité de type A mâle, et une extrémité de type B mâle, ce qui garantit le respect de la topologie du bus. Au départ, il n existe que quatre connecteurs, pour deux types (A et B) et deux genres. Par la suite, devant le développement d'appareils compacts, des versions miniatures qui sont fonctionnellement équivalente aux connecteurs de base, mais de dimensions réduites ont été spécifiées. Ces différents types de connecteurs sont présentés par les figures ci-dessous (figure 1.4 et figure 1.5). Figure 1.5 : Différents types de connecteurs USB Figure 1.4 : Différents types de prises USB Le brochage de ces connecteurs est décrit par le tableau 1.2 ci-après : 6

20 GENERALITES SUR L USB Fonction Alimentation +5V (Vbus) 500 ma maximum Tableau 1.2: Brochage des connecteurs Couleur Numéro de broche pour les types A et B Numéro de broche pour les types mini Rouge 1 1 Données (D-) Blanc 2 2 Données (D+) Vert 3 3 Masse (GND) Noir CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DU BUS USB Etats sur les lignes de données Les lignes de données D+ et D- fonctionnent en mode différentiel. Les circuits doivent avoir un état haut impédance ; les lignes doivent résister à un court-circuit avec Vbus ou la masse (GND). Selon la norme USB, il existe trois états sur les lignes du bus : Etat J : D+ - D- < -200 mv, indiquant un périphérique connecté ou un état inoccupé ; Etat K : D+ - D- > 200 mv, indiquant un périphérique débranché ; Etat SEO : -200mV < D+ - D- < 200 mv, indiquant un reset Version d un périphérique Pour utiliser l une des deux versions d USB : Low Speed ou Full Speed, et pour permettre le hub amont à détecter la connexion ou la déconnexion, on doit placer une résistance de tirage (Pull Up de 1.5 kω) sur l interface d entrée (Function ou Hub). Cette résistance est placée soit sur D- pour Low Speed et D+ pour Full Speed. D autre part, il y a une résistance sur chacune des lignes D+ et D- (Pull Down de 15 kω) à la sortie du hub. Ces détails sont éclaircis par les figures suivantes (figure 1.6 et figure 1.7). Figure 1.6 : Connexion Low Speed 7

21 GENERALITES SUR L USB Figure 1.7 : Connexion Full Speed Codage NRZI Le codage NRZI «No Return to Zero Inverted» ou Non-Retour à Zéro Inversé est uniqueles bruits et assurer ment utilisé pour le transport à travers le cordon USB dans le but d éliminer l intégrité des données. Le codage est d abord effectué par le codeur, puis les données codées sont envoyées sur le câble USB par le «Differential Driver». Ensuite le «Differential Receveir» amplifie les données différentielles entrantes et les envoie au décodeur. Ces étapes de transfert de données sont décrites par la figure 1.8. Figure 1.8 : Système de transfert et de Codage des données Ce codage a pour principe : un «1» logique est représenté par un nom changement d état et un «0» logique par un changement d état. Pour éviter les pertes de données, le codage utilise le Bit Stuffing en mettant un «0» après 6 «1» logique. La figure 1.9 ci-dessous illustre ce système de codage. Figure 1.9 : Principe du codage NRZI 8

22 GENERALITES SUR L USB 1.7 CONCLUSION Dans ce chapitre, on a vu la généralité sur l USB comme : les avantages qu il fournit aux utilisateurs, ses divers caractéristiques, et aussi bien son architecture. Cela nous a permis d avoir quelques notions pour commencer avec l USB. Dans le prochain chapitre, on va tenter d approfondir nos connaissances sur la communication avec le port USB. 9

23 COMMUNICATION SUR LE PORT USB Chapitre 2 : COMMUNICATION SUR LE PORT USB En dépit de tous les avantages qu on avait vu auparavant, la communication avec le port USB est beaucoup plus difficile par rapport aux autres interfaces de communication. L USB est composé de plusieurs couches de protocoles et son format de données à transmettre est bien défini. Ce second chapitre s étalera sur la communication avec le port USB. Il va nous montrer : la structure d un device, le modèle et les flux de communication, l énumération et enfin le protocole USB et les descripteurs. 2.1 STRUCTURE D UN DEVICE Un USB device (dispositif utilisant le port USB) peut avoir plusieurs configurations, mais une dans une période ; et pour changer de configuration, le fonctionnement du device doit être arrêté. On peut employer diverses configurations, par exemple, pour définir les différentes conditions courantes, alors que l actuel nécessaire est défini dans le descripteur de configuration. Cependant, le fait d avoir beaucoup de configuration n est pas courant. Les drivers standards de Windows choisissent toujours la première configuration, donc il n y a pas beaucoup de points. Un dispositif peut avoir une ou plusieurs interfaces, et chacun peut avoir un certain nombre d endpoints (terminaisons) et représente une unité fonctionnelle appartenant à une classe particulière. Chaque endpoint est une source de donnée ; il peut seulement être dans une interface, mais aussi peut être utilisé dans les remplacements multiples dans cette interface. Un appareil basse vitesse est limité à deux endpoints optionnels en plus de l endpoint numéro zéro, qui est obligatoire. A part l endpoint numéro 0, un appareil plein vitesse peut avoir 15 montantes et 15 descendantes. Cette structure est illustrée par la figure 2.1 suivante. DEVICE CONFIGURATION CONFIGURATION Interface Interface Interface Interface Endpoint Endpoint Endpoint Endpoint Endpoint Endpoint Endpoint Endpoint Figure 2.1 : Eléments d un device 10

24 COMMUNICATION SUR LE PORT USB 2.2 MODELE DE COMMUNICATION On peut représenter les échanges via USB en trois couches bien distinctes chez le host et chez les devices. Le tableau 2.1 ci-après décrit ces différentes couches avec leurs fonctions. Le client driver communique les requêtes de transfert des applications via des IRP (I/O Packet). Puis, l USBD (USB Driver) traduit chaque transfert en une suite de transactions. Ensuite l USB HCD (Host Controller Driver) traduit les transactions en paquets et enchaîne les trames. Tableau 2.1 : Différentes couches de l échange via USB Couche Host Device Fonctions 1 USB Host USB Bus Assure la connexion physique vers le bus arborescent USB. Controller interface 2 USB Réalise l étoile logique entre le maître et les USB device System différents dispositifs, et définit les transactions. 3 Client Function Permet d établir une relation fonctionnelle unique avec le dispositif. La liaison entre ces différentes couches est décrite par la figure 2.2 ci-dessous. Figure 2.2 : Modèle de couche pour la communication USB 2.3 FLUX DE COMMUNICATION Pour les différents flux de communication, le système USB crée des pipes (canaux virtuels). Les pipes de type contrôle sont bidirectionnels, les autres sont unidirectionnels. Chaque canal aboutit au device sur un endpoint. Un device possède plusieurs endpoints, et est toujours relié à l hôte au moins par le canal par défaut aboutissant à l endpoint numéro 0, qui est bidirectionnel. Pour les autres endpoints, il peut y avoir deux pipes : montant et descendant. 11

25 COMMUNICATION SUR LE PORT USB La figure 2.3 illustre plus de détails sur la circulation des flux, ainsi que sur les éléments mis en jeu dans cette opération. Figure 2.3 : Flux de communication de l USB Pipe Une pipe est une connexion logique entre le host et les endpoints. Les pipes possèdent plusieurs paramètres comme : le nombre de leur bande passante, le type de transfert, la direction des flux et les tailles maximales des paquets/tampon. L USB définit deux types de pipe tels que : Les flux de données (Stream Pipes) : n ayant pas de format USB défini ; supportant les transferts en bloc, isochrone et par interruption. Ces flux peuvent être contrôlés par le host ou le device. Les canaux de messages (Message Pipes) : ayant un format USB défini, supportant seulement les transferts de commande. Ils sont contrôlés par le host, et initiés par une requête qui y provient Différents types de transfert L USB définit quatre types de transfert, qui sont les suivants Transfert de contrôle (Control) Ce mode de transfert est compatible avec l USB Low et Full Speed, et est employé pour les opérations d initialisations et de configurations. On peut aussi l utiliser pour les transferts standards, pour l obtention d un débit Low Speed acceptable, ou pour utiliser le driver de classe HID (Human Interface Driver) standard Transfert par interruption (Interrupt) Ce mode de transfert est aussi compatible avec le Low et Full Speed USB. Il est utilisé pour les échanges limités et périodiques, il assure la fréquence de scrutation ainsi que la re- 12

26 COMMUNICATION SUR LE PORT USB prise sur les erreurs. On l emploie aussi pour des transferts à l initiative du device (asynchrones) et pour des transferts périodiques ou permanents comme les claviers Transfert isochrone (Isochronous) Ce mode de transfert est particulièrement pour le Full USB. La bande passante est garantie (début, latence), par contre il n y a pas de reprise sur les erreurs. Il est utilisé pour des transferts nécessitant un flux régulier de données (ex : les caméras ou les téléphones, ). La bande passante réclamée et non utilisée est perdue Transfert en masse (Bulk) Ce mode de transfert est spécialement pour le Full USB. Ce mode est réservé pour les gros transferts de données (ex : imprimantes, ). Le débit est variable et dépend de la disponibilité. Il garantit la reprise sur les erreurs. Le tableau 2.2 suivant résume ces différents modes de transfert avec leurs caractéristiques. Tableau 2.2 : Récapitulatifs des différents types de transfert Type Control Contrainte sur la taille maximale du bloc de données Full speed : 8, 16, 32, 64 octets par trame Low speed : 8 octets par trame Isochronous Full speed : 1023 octets par trame Interrupt Bulk Full speed : 64 octets par trame Low speed : 8 octets pas trame Full speed : 8, 16, 32, 64 octets par trame Accusé de réception et reprise sur erreur OUI NON OUI OUI Bande réservée 10% de la trame «best effort» 90% de la trame «guaranteed» Non «good effort» 2.4 ENUMERATION Définition de l énumération L énumération est la gestion dynamique de la connexion et de la déconnexion des périphériques reliés à un port USB.C est aussi un processus USB par lequel le système identifie et configure le device en lui donnant une adresse unique Principe de fonctionnement La phase d énumération se produit lors d une connexion de périphérique, et elle est complètement transparente. Après la connexion d un périphérique USB, il y a une succession des étapes suivantes : 13

27 COMMUNICATION SUR LE PORT USB Détection : le host détecte le device par sa vitesse (Section 1.6) grâce au changement de la différence de potentiel entre D+ et D-, et lui fournit du courant grâce aux fils GND et Vbus (jusqu à 100 ma). Ensuite le périphérique récupère l adresse par défaut (adresse 0). Changement d adresse : le host interroge les devices déjà connectés pour connaitre la leur, et en attribue une adresse unique (Unique ID) au nouveau, qui en retour s identifie. Chargement du driver : en possédant toutes les caractéristiques nécessaires par les descripteurs, le host charge le pilote et positionne le périphérique. 2.5 PROTOCOLE USB L USB est constitué de diverses couches de protocole. Elles sont invisibles au constructeur, cette invisibilité est assurée par les microcontrôleurs (s occupant de la couche inférieure) spécifiques à l USB. Toutes les transactions sur le bus USB sont initiées par le host, et commencent par le bit le moins significatif (LSB : Least Significant Bit) en premier. Ces transmissions s accomplissent à l aide des paquets : paquets de jetons, paquets de données et paquets d états Différents champs d une trame USB Les paquets USB sont composés des champs suivants : SYNC (Synchronisation) : c est le début de tous les paquets, de longueur 8 bits pour Low USB ou 32 pour Full USB. Il assure la synchronisation de l horloge du récepteur avec celle de l émetteur/récepteur. Ces 2 derniers bits indiquent l'endroit où commence le champ PID. PID (Paquet ID) : utilisé pour l identification du type de paquet envoyé (tableau 2.3). ADDR (Address) : détermine l adresse du périphérique auquel est destiné le paquet, avec une longueur de 7 bits (supportant 127 devices). ENDP (Endpoint) : indique le numéro de l endpoint du device (Section 2.1), composé de 4 bits. CRC (Cyclic Redundancy Check) : Contrôle de Redondance Cyclique, il s agit d une suite de bits permettant de vérifier si les données ont été transférées sans erreur. Tous les paquets de jetons ont un CRC de 5 bits, tandis que les paquets de données en ont un de 16 bits. EOP (End Of Packet) : Fin de Paquet qui est signalé par une sortie unique zéro (SE0) pendant une durée approximative de 2 bits suivie par un «J» d'une durée de 1 bit. 14

28 COMMUNICATION SUR LE PORT USB Le tableau 2.3 suivant montre ses valeurs des possibles PID et ses désignations. Groupe Token (Jetons) Data (Données) Handshake (Poignée de Main) Special Tableau 2.3 : Désignation des PID Valeur PID Identificateur Paquet Description 0001 OUT Token Données du host pour le device 1001 IN Token Données du device pour le host 0101 SOF Token Start Of Frame, Début de Trame 1101 SETUP Token Installation et Configuration 0011 DATA0 Paquet de données pair 1011 DATA1 Paquet de données impair 0111 DATA2 Paquet de données Full Speed 1111 MDATA Paquet de données Full Speed pour transactions «Split» 0010 ACK Handshake ACKnowledge, Validation 1010 NAK Handshake No ACKnowledge, Pas de Validation, Device occupé 1110 STALL Handshake Bloqué, Endpoint ou Pipe hors service 0110 NYET (No response Yet) Pas de Validation Full Speed 0000 PREamble Synchronisation initiale 1100 ERR Erreur transmisse par un hub haute vitesse dans une transaction «Split» 1000 Split Partager, Transaction avec un hub Full Speed 0100 Ping S'assurer une bonne connexion Types de paquet USB L USB dispose 4 différents types de paquets : Paquets TOKEN : indiquant le type de la transaction suivante ; Paquets DATA : contenant la charge utile (PAYLOAD) ; Paquets HANDSHAKE : utilisés pour valider les données ou rapporter les erreurs ; Paquets SOF (SOF : Start Of Frame ou début de trame) : indiquant le début d une nouvelle trame. Ces types de paquets sont résumés par le tableau 2.4 avec leurs champs avec ses tailles en bit. 15

29 COMMUNICATION SUR LE PORT USB Tableau 2.4 : Format des paquets et Nombre de bits Paquets Champs et taille (en bits) TOKEN (IN, OUT, SETUP) SYNC PID (8) ADDR (7) ENDP (4) CRC (5) EOP DATA (Data0, Data1, DATA2, MDATA) SYNC PID (8) DATA (0-8192) CRC (16) EOP HANDSHAKE (ACK, NACK, STALL) SYNC PID (8) EOP SOF SYNC PID (8) Frame Number (11) CRC (5) EOP 2.6 DESCRIPTEURS Les descripteurs sont des blocs d informations pré formatés. Tous les composants USB doivent obligatoirement posséder des descripteurs standards. Ils sont regroupés dans un fichier texte (ex : fichier assembleur), qui est ensuite programmé dans le système USB. Ces informations sont stockées dans la ROM (Read Only Memory) du composant. Ainsi lors de la phase d énumération, le device envoie le fichier pour se faire identifier et se faire configurer. Il existe plusieurs types de descripteurs, dont 4 de ces types sont indispensables (Device, Configuration, Interface, Endpoint).Le tableau 2.5 montre les divers types de descripteurs avec leurs rôles. Tableau 2.5 : Identification des descripteurs Type Valeur Description Device 0x01 Décrit les informations générales sur l USB device. Configuration 0x02 Renseigne sur les divers états de l USB device. Interface 0x03 Communique une information unique à tous ses endpoints. String 0x04 Contient des textes (Unicode string) décrivant le device, la configuration, et l interface ou l endpoint. Endpoint 0x05 Indique la direction et le type de transfert. Device_Qualifier 0x06 Information de Configuration pour Full et High Speed. Other_Speed_Configuration 0x07 Descripteur de Configuration pour Full et High Speed. Interface_Power 0x08 Informations sur la gestion d énergie (pour l USB 2.0). 16

30 COMMUNICATION SUR LE PORT USB La figure 2.4 suivante décrit la hiérarchie de ces différents descripteurs. Figure 2.4 : Diagramme hiérarchique des descripteurs Remarque : L identification d un nouveau périphérique USB durant la phase d énumération est rendue possible grâce au couple VID (Vendor ID) et PID (Product ID) dont : VID : valeur codée sur 16 bits, qui est donnée par le fabricant du composant ; PID : valeur codée sur 16 bits, qui est faite par le constructeur du dispositif. 2.7 CONCLUSION Nous avons vu dans ce chapitre le protocole USB, quelques étapes de communication et divers éléments nécessaires à ces étapes. Ce chapitre nous a permis de savoir les notions de base sur la communication via USB. Ainsi, dans le prochain chapitre, on essayera d élargir nos connaissances sur le pilote de périphérique de Windows NT. 17

31 METHODOLOGIE PARTIE II : METHODOLOGIE 18

32 PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT Chapitre 3 : PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT Après avoir étudié ce qu est l USB et son protocole de communication, ce chapitre traitera le pilote de périphérique pour Windows NT. On va commencer par les généralités sur Windows NT, qui se portent sur l architecture et la base de registre de Windows NT. Et enfin, on terminera sur le pilote de Windows, avec le modèle de développement de pilote WDM. 3.1 GENERALITES SUR WINDOWS NT Présentation de Windows NT Windows NT «New Technology» est un système d exploitation (OS : Operating System) développé par Microsoft indépendamment du système historique MS-DOS (DOS : Disk Operating System, 16 bits). Les OS tels que : Windows 2000, XP, Vista et Windows 7 sont basés sur Windows NT. L OS Windows NT détient les caractéristiques suivantes : Orienté objet : les processus, les threads, et même les fichiers sont tous des objets ; Multitâche préemptif : il est capable d'exécuter plusieurs applications et plusieurs processus sur une même machine; Multiutilisateur : il peut être utilisé par beaucoup d utilisateurs en même temps ; Multiprocesseur : il autorise l utilisation de plusieurs (2 à 32) processeurs en parallèle Architecture de Windows NT Le système NT travaille dans deux modes de fonctionnement : Kernel mode (mode noyau) : ou mode système, qui nous permet l exécution de toutes les instructions, même les instructions privilégiées. Et on peut accéder à toutes les ressources de la machine sans restriction; User mode (mode utilisateur) : ou mode application, qui pour des raisons de sécurité, n autorise pas l accès et l utilisation des instructions privilégiées directement à toutes les ressources de la machine. Il est imposé de passer par des appels système qui contrôleront et effectueront les opérations demandées, en particulier tous les accès au matériel. Windows NT est formé par une superposition de couches (figure 3.1), et met à disposition des fonctions pour la communication entre les couches, qui sont : Matériel ; 19

33 PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT Couche d abstraction matérielle (HAL : Hardware Abstraction Layer) : fournissant des fonctions pour accéder au matériel (temporisateurs, bus, DMA, contrôleurs d interruption, ) ; Noyau (kernel), le gestionnaire d Entrée/Sortie (I/O Manager) et les pilotes de périphériques (device drivers). Le noyau gère les interruptions et les exceptions, l ordonnancement des threads, les synchronisations entre les processus et la gestion du temps (time keeping ) ; NT Exécutive : qui gère la mémoire virtuelle, les processus, les communications interprocessus, la sécurité, les objets et les entrées-sorties ; Couches tournant en User mode : qui sont des sous-systèmes regroupant diverses interfaces : Win32, OS/2, POSIX et les applications utilisateur. Figure 3.1 : Architecture de Windows NT Registre de Windows NT Le registre de Windows (ou BDR : Base De registre) est une base de données utilisée par l OS. Il contient les informations et la configuration de tous les matériels, des logiciels, des utilisateurs et de la personnalisation du PC. La BDR est composée par cinq branches principales, dont chacune de ces branches contient une partie spécifique de l information qui y est stockée. Ces éléments sont les suivants : HKEY_CLASSES_ROOT (HKCR) : comporte les mappages d associations de fichiers pour assurer la fonction de glisser-déposer, l information OLE (Object Linking and Embedding), les raccourcis et l aspect cœur de l interface utilisateur Windows ; 20

34 PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT HKEY_CURRENT_USER (HKCU) : contient les informations concernant l utilisateur actuellement en session dans le PC. Cette branche est liée à HKEY_USERS; HKEY_LOCAL_MACHINE (HKLM) : renferme les informations qui sont générales à tous les utilisateurs du PC comme : le matériel, la sécurité, le logiciel et le système ; HKEY_USERS (HKU) : comprend les informations spécifiques à chaque utilisateur ; HKEY_CURRENT_CONFIG (HKCC) : contient les informations de la configuration courante. Elle est liée à la branche HKEY_LOCAL_MACHINE. 3.2 PILOTES DE WINDOWS Présentation du pilote de Windows Un pilote est un programme qui permet à l OS de gérer le matériel, et jouant l'intermédiaire de la communication entre le système et le device. Pour faciliter cette communication, le système d exploitation fournit un support d interface abstrait appelé «driver model» pour les périphériques. Ce support fonctionne comme tous les services fournis par le système. Windows NT possède deux types de drivers : User Mode Drivers : exécutés en user mode, fournissant une interface entre les applications Win32 et les kernel mode drivers ou d autres composants de l OS ; Kernel Mode Drivers : exécutés en kernel mode en tant qu éléments de NT Exécutive. Dans le cadre de notre travail, on va consacrer notre étude sur les kernel mode drivers Kernel Mode Drivers Les kernel mode drivers fonctionnent entièrement dans l espace du noyau, et sont capable de communiquer et de transférer des données directement aux éléments du kernel mode. Ce qui veut dire qu ils peuvent dévier les composants intermédiaires entre l utilisateur et l espace du noyau. Les tâches impliquant les éléments du kernel mode sont plus rapide lorsqu ils sont effectués par un kernel mode driver que par un user mode driver. L exécution d un driver dans le noyau est performante. En outre, la panne d un kernel mode driver peut entraîner le plantage du système entier, tandis que celle de l user mode driver entraîne seulement le plantage du processus courant. Les kernel mode drivers partagent plusieurs des objectifs de conception de Windows NT, en particulier ceux de la gestionnaire d Entrée/Sortie (E/S). Ces buts sont les suivants : Portabilité : de plateforme en plateforme ; Configuration : en terme matériel et logiciel, avec le support total pour le bus et les dispositifs PnP ; Préemptible et Interruptible : le code d E/S ne doit jamais être bloqué, et doit toujours être écrit en thread sûr ; 21

35 PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT Multiprocesseur assuré : le même code d E/S doit fonctionner sur des configurations de multiprocesseur et d uniprocesseur ; Basé sur des objets : les services fournis par le code d E/S doivent être offerts en structures de données encapsulées avec des opérations autorisées et bien définies ; Packet-driven : les requêtes faites par le sous ensemble d E/S doivent être soumises et dépistées en utilisant le paquet de demande d E /S (IRP : I/O Request Packet) ; Capable de supporter l E/S Asynchrone : les requêtes faites par le sous ensemble d E/S doivent être autorisées à s exécuter en parallèle avec l exécution du demandeur. Quand la demande est finalement accomplie, un mécanisme doit exister pour informer le visiteur de cet accomplissement WDM Présentation de WDM Le WDM (Windows Driver Model) est une framework (charpente d une application) pour développer des drivers. Son principal objectif est de fournir une plateforme plus robuste pour les OS de Microsoft Windows et des meilleures expériences d utilisateur avec le nouveau matériel pour Les PC basés sur Windows. Le WDM a été conçu spécialement pour les kernel mode drivers, tournant sur Windows 98, Millenium et NT. Il utilise les interfaces DDI (Device Driver Interfaces), qui sont exportées directement du noyau du système d exploitation pour avoir plus de performance Architecture de WDM Figure 3.2 : Architecture des couches de WDM 22

36 PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT Le WDM est composé de trois types de driver qui sont respectivement présentés par des objets. La communication entre une application et le driver se fait par l IRP. A chaque demande, l I/O Manager construit un IRP, et le passe vers le bas du driver. Le WDM doit aussi supporter : le Plug and Play, le Power Manager, et le Windows Management Instrument (voir section ). Cette architecture de WDM est illustrée par la figure 3.2, et ce sont ces composants : Bus Drivers : permettant le fonctionnement d un bus particulier (comme le PCI, l USB, IEEE12394 et SCSI, ). Un bus driver est représenté par le PDO (Physical device Object) ou périphérique physique.ils énumèrent et contrôlent les dispositifs qui y sont rattachés ; Function Drivers : mettent en application la fonctionnalité d un dispositif et entretiennent les requêtes d E/S (Read, Write, IoCtl). On n oublie pas aussi qu un function driver est représenté par FDO (Function Device Object) ; Filter Drivers : sont des pilotes facultatifs qui sont situés entre les bus drivers et les function drivers (Lower Filter Drivers), ou au-dessus des function drivers (Upper Function Drivers). Leur fonction de base est de traiter les données échangées entre les couches. Le filter driver est représenté par FiDO (Filter Device Object). Class Driver : est en général donné par Microsoft, il fournit un support exigé par le système, mais qui est indépendant du matériel pour la classe de dispositif. Miniclass Driver : est habituellement fourni par le vendeur de matériel dans le but d intégrer n importe quelle fonctionnalité unique que le device peut avoir ; Port Driver : fournit les opérations d E/S demandées sur le port, le hub, ou d autre dispositif physique sur lequel est attaché un dispositif. Miniport Driver : effectue des opérations spécifiques de périphérique pour le port driver. Il est fourni par le vendeur du dispositif ; Hardware Bus Driver : fournit par Microsoft en tant qu élément de l OS pour chaque bus principal. Ce type de driver ne devra pas être changé Routines de support pour les drivers de WDM Divers composants du système d exploitation fonctionnant en mode noyau exposent des routines de support pour les drivers de WDM. Le tableau 3.1 ci-après nous résume ces composants. 23

37 PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT Tableau 3.1 : Composants du mode noyau exposant des routines de support pour les Composant Kernel Objet Manager Executive I/O Manager Memory Manager Process Service Run-Time Library Power Manager PnP Subsystem WMI Kernel Streaming HAL drivers de WDM Description Primitifs de synchronisation, Compteurs et temporisateurs d exécution, Contrôle d IRQ (Interrupt ReQuest ou Demande d Interruption) et Stall Compteur de reference d objet Allocations en mémoire, Opérations d enclenchement, Opérations de liste Manipulation d IRP, Device Objects, Driver Objects, Articles de Travail, Accès en registre, Notifications d état du système, DMA (Direct Memory Access) ou Accès direct à la mémoire et interruption Mappage de la mémoire virtuelle en mémoire physique, Engagement et Fermeture de la mémoire physique, Fermeture de mémoire de l image du pilote, Espace portable d E/S Création et Suppression de thread du système Mémoire en bloc, Unicode, Conversions de type de données Changement d état de puissance, Manipulation de power IRP, Détection à vide d un device Détection de matériel et Allocation en ressource, Manipulation de PNP IRP, évènements de matériel Ou Windows Management Instrument, Support et Infrastructure pour l exposition de la mesure du dispositif et les données d instrumentation Support et Infrastructure pour les connexions de dispositif de streamingdata Abstraction de plateforme, Accès et Utilisation pour des ports d E/S et des dispositifs de mappage de mémoire IRQ Level (IRQL) A Chaque interruption matérielle et à un peu de sélection d événements de logiciel, Windows assigne un IRQL ou un niveau de demande d interruption. Ce dernier permet l exécution d un code dans un thread (processus léger) par le processeur (CPU: Central Processing Unit), et chaque CPU a son propre IRQL. Il existe des différents niveaux d IRQL dont un nom est attribué à chacun d eux (exemple : PASSIVE_LEVEL, APC_LEVEL, ). Le tableau 3.2 suivant détaille cette gamme d IRQL pour la plateforme x86. La plupart des temps, le PC tourne en mode utilisateur à PASSIVE_LEVEL. Parmi ces IRQLs, ceux que les routines standard de driver utilisent fréquemment sont : PAS- SIVE_LEVEL, APC_LEVEL, DISPATCH_LEVEL, et le DIRQL. 24

38 PILOTE DE PERIPHERIQUE POUR WINDOWS NT Tableau 3.2 : IRQ Levels pour la plateforme x86 Type Valeur Nom Description 31 HIGH_LEVEL Plus haut niveau, erreur de la machine ou du bus 30 POWER_LEVEL Erreur sur l alimentation électrique 29 IPI_LEVEL Servant à l échange d information dans les systèmes multiprocesseurs Matériel 28 CLOCK2_LEVEL CLOCK1_LEVEL Rythmeur pour x86 27 SYNCH_LEVEL Synchronisation des instructions entre les CPUs 26 3 DIRQL Arrête l interruption, dépendant de la plateforme 2 DISPATCH_LEVEL Planification de thread, Procedure d appel attardée Logiciel 1 APC_LEVEL Procedure d appel asynchrone 0 PASSIVE_LEVEL Exécution normale du programme Paquet de demande d E/S Le cœur d un driver a pour tâche de répondre aux demandes d E/S de l OS ou d une application. La demande est manipulée par le pilote en traitant l IRP. Si le driver ne peut pas traiter ce dernier, alors il le passe vers le pilote en dessous de lui dans la pile. Chaque driver dans la pile doit être prêt à recevoir n importe quel IRP et à manipuler n importe quelle erreur. a) Structure de données Figure 3.3 : Structure d un IRP Les IRPs sont essentiellement des structures de données qui contiennent certains champs, définissant le type d action à exécuter. Chaque IRP a une action définie par un code de fonction. Deux types de codes de fonction sont possibles pour chaque action : Major function (Mj Fnc) : indique l action principale ; Minor function (Mn Fnc): spécifie l action. La figure 3.3 ci-dessus décrit bien cette structure, avec tous ces composants. 25