NDIS 库 (ndis.sys) 驱动程序分析

NDIS 库 (ndis.sys) 驱动程序分析

目录

1. 概述

NDIS (Network Driver Interface Specification) 是微软定义的网络驱动接口规范，是 Windows 网络体系结构的核心组件。ReactOS 的 NDIS 库 (ndis.sys) 是一个遵循 NDIS 5.1 规范的实现，位于 d:\\reactos\\drivers\\network\\ndis\\ 目录下。

1.1 设计思想与架构哲学

NDIS 的设计核心思想是分层抽象 + 集中调度。

在传统的网络驱动实现中，协议栈（如 TCP/IP）需要直接与硬件驱动交互，这要求每个协议驱动都必须了解每种网卡驱动的内部细节，导致严重的耦合问题。NDIS 的解决办法是引入一个中间抽象层——即 ndis.sys 本身——位于协议驱动和微型端口驱动之间，承担以下核心角色：

• 调度器角色：管理所有数据包的发送/接收序列化，通过工作项队列避免竞态条件
• 绑定器角色：维护协议→适配器、适配器→协议的动态绑定关系，支持即插即用热插拔
• 适配器角色：为上层的协议驱动和下层的微型端口驱动提供统一的函数调用约定，使两边都不需要知道对方的具体实现细节

这种设计的核心价值在于：微型端口驱动只需要实现 10-15 个标准回调函数（Init/Halt/Send/SendPackets/QueryInfo/SetInfo/Reset/ISR/HandleInterrupt/EnableInterrupt/DisableInterrupt/TransferData/ReturnPacket/CheckForHang），而协议驱动也只需要实现类似数量的回调（BindAdapter/UnbindAdapter/SendComplete/ReceiveHandler/StatusHandler/PnPEventHandler 等）。所有复杂的调度、同步、绑定管理、PnP 协调都由 NDIS 库统一处理。

1.2 主要功能

• 为协议驱动（如 TCP/IP）和微型端口驱动（如 e1000、rtl8139）提供标准化的通信接口
• 管理网络数据包的发送和接收流程
• 协调即插即用 (PnP) 事件和电源管理事件
• 提供配置管理（注册表操作）
• 提供内存管理（包括 DMA 共享内存）
• 提供计时器和同步原语
• 通过工作项队列实现序列化和异步调度

1.3 与 Linux 网络驱动架构的差异

ReactOS 的 TCP/IP 协议栈 (tcpip.sys) 实际上是从 Linux 内核 2.4.20 移植而来（见 [tcpcore.h](file:///d:/reactos/drivers/network/tcpip/include/tcpcore.h) 的注释 Ported from linux kernel 2.4.20），但在 NDIS 框架下运行时，两者呈现出截然不同的设计哲学。

1.4 NDIS 这样设计的优缺点

优点：

缺点：

1.5 支持的 NDIS 版本

通过构建宏定义，支持 NDIS 3.0/4.0/5.0/5.1 的兼容性：

-DNDIS_WRAPPER
-DNDIS51
-DNDIS51_MINIPORT
-DNDIS_MINIPORT_DRIVER
-DNDIS_LEGACY_DRIVER=1
-DNDIS_LEGACY_MINIPORT=1
-DNDIS_LEGACY_PROTOCOL=1

2. 框架结构

2.1 分层架构

NDIS 采用标准的三层网络驱动架构：

+————————————–+
| 协议驱动 (Protocol) |
| tcpip.sys, ppp.sys, etc. |
+————————————–+
| NdisSend / NdisReceive etc.
v
+————————————–+
| NDIS 库 (ndis.sys) |
| – 数据包调度 |
| – 协议/微型端口绑定管理 |
| – 配置管理 |
| – 中断处理 |
| – PnP/电源管理 |
+————————————–+
| MiniportXxx callbacks
v
+————————————–+
| 微型端口驱动 (Miniport) |
| e1000.sys, rtl8139.sys, etc. |
+————————————–+

2.2 模块组织

NDIS 库由以下源文件组成：

2.3 关键调用约定

协议驱动 -> NdisSend() -> ProSend() -> proSendPacketToMiniport() -> MiniportSend[Packets]Handler
协议驱动 -> NdisRequest() -> ProRequest() -> MiniDoRequest() -> MiniportQueryInfo/SetInfoHandler
微型端口 -> NdisMSendComplete() -> MiniSendComplete() -> ProtocolSendCompleteHandler
微型端口 -> NdisMIndicateStatus() -> MiniStatus() -> ProtocolStatusHandler

3. 核心数据结构

3.1 逻辑适配器 (LOGICAL_ADAPTER)

定义在 [miniport.h](file:///d:/reactos/drivers/network/ndis/include/miniport.h#L87-L99)：

typedef struct _LOGICAL_ADAPTER
{
NDIS_MINIPORT_BLOCK NdisMiniportBlock; // NDIS 定义的标准字段
PNDIS_MINIPORT_WORK_ITEM WorkQueueHead; // 工作队列头
PNDIS_MINIPORT_WORK_ITEM WorkQueueTail; // 工作队列尾
LIST_ENTRY ListEntry; // 全局适配器链表
LIST_ENTRY MiniportListEntry; // 微型端口驱动链表的入口
LIST_ENTRY ProtocolListHead; // 绑定到此适配器的协议链表
ULONG MediumHeaderSize; // 介质头大小（如 Ethernet=14）
HARDWARE_ADDRESS Address; // 硬件地址 (MAC)
ULONG AddressLength; // 硬件地址长度
PMINIPORT_BUGCHECK_CONTEXT BugcheckContext; // 关机回调上下文
} LOGICAL_ADAPTER, *PLOGICAL_ADAPTER;

3.2 微型端口驱动块 (NDIS_M_DRIVER_BLOCK)

typedef struct _NDIS_M_DRIVER_BLOCK {
LIST_ENTRY ListEntry; // 全局链表入口
KSPIN_LOCK Lock; // 保护自旋锁
NDIS_MINIPORT_CHARACTERISTICS MiniportCharacteristics; // 微型端口特性（函数指针表）
WORK_QUEUE_ITEM WorkItem; // 工作项
PDRIVER_OBJECT DriverObject; // 驱动对象
LIST_ENTRY DeviceList; // 该驱动创建的适配器列表
PUNICODE_STRING RegistryPath; // 注册表路径
} NDIS_M_DRIVER_BLOCK;

3.3 协议绑定 (PROTOCOL_BINDING)

定义在 [protocol.h](file:///d:/reactos/drivers/network/ndis/include/protocol.h#L10-L16)：

typedef struct _PROTOCOL_BINDING {
LIST_ENTRY ListEntry; // 全局链表入口
KSPIN_LOCK Lock; // 保护自旋锁
NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS Chars; // 协议特性（函数指针表）
WORK_QUEUE_ITEM WorkItem; // 工作项
LIST_ENTRY AdapterListHead; // 已绑定的适配器列表
} PROTOCOL_BINDING, *PPROTOCOL_BINDING;

3.4 适配器绑定 (ADAPTER_BINDING)

typedef struct _ADAPTER_BINDING {
NDIS_OPEN_BLOCK NdisOpenBlock; // NDIS 定义的标准字段
LIST_ENTRY ListEntry; // 全局链表入口
LIST_ENTRY ProtocolListEntry; // 协议绑定的适配器链表入口
LIST_ENTRY AdapterListEntry; // 逻辑适配器的协议链表入口
KSPIN_LOCK Lock; // 保护自旋锁
PPROTOCOL_BINDING ProtocolBinding; // 对应的协议
PLOGICAL_ADAPTER Adapter; // 对应的适配器
} ADAPTER_BINDING, *PADAPTER_BINDING;

3.5 工作项 (NDIS_MINIPORT_WORK_ITEM)

支持的工作项类型：

3.6 全局链表结构

全局协议列表 (ProtocolListHead)
↓
+——————-+
| PROTOCOL_BINDING | —- AdapterListHead –> [ADAPTER_BINDING] -> [ADAPTER_BINDING]
+——————-+

全局微型端口列表 (MiniportListHead)
↓
+——————-+
| NDIS_M_DRIVER_BLOCK| —- DeviceList –> [LOGICAL_ADAPTER] -> [LOGICAL_ADAPTER]
+——————-+

全局适配器列表 (AdapterListHead)
↓
+——————-+
| LOGICAL_ADAPTER | —- ProtocolListHead –> [ADAPTER_BINDING] -> [ADAPTER_BINDING]
+——————-+

4. 核心模块分析

4.1 主入口 (main.c)

DriverEntry 函数执行以下初始化：

4.2 微型端口管理 (miniport.c)

这是 NDIS 库中最大的模块，负责：

4.2.1 微型端口注册 (NdisMRegisterMiniport)

• 验证 MiniportCharacteristics 版本（3.0/4.0/5.0/5.1）
• 验证必需的函数指针（Halt, Initialize, Reset 必须提供）
• 复制特性到全局结构
• 注册 AddDevice 回调 (NdisIAddDevice)
• 注册通用 IRP 处理器 (NdisGenericIrpHandler)

4.2.2 PnP 设备管理

设备创建 (NdisIAddDevice)：

设备启动 (NdisIPnPStartDevice)：

设备停止 (NdisIPnPStopDevice)：

4.2.3 工作项队列

NDIS 使用工作项队列来序列化对微型端口的操作：

MiniQueueWorkItem() → 入队（尾插法）
MiniDequeueWorkItem() → 出队（头删法）
MiniportWorker() → 工作线程处理
MiniWorkItemComplete() → 完成并检查是否有后续工作项

工作类型包括发送、请求、重置等，通过 MiniportWorker 统一调度。

4.3 协议管理 (protocol.c)

4.3.1 协议注册 (NdisRegisterProtocol)

4.3.2 协议-适配器绑定 (ndisBindMiniportsToProtocol)

绑定过程：

4.3.3 适配器打开 (NdisOpenAdapter)

4.4 缓冲区管理 (buffer.c)

NDIS 缓冲区体系基于 MDL (Memory Descriptor List)：

NDIS_PACKET
├── Private.Head → NDIS_BUFFER (MDL) → NDIS_BUFFER (MDL) → …
├── Private.Tail → NDIS_BUFFER (MDL)
├── Reserved[0..3] (协议/微型端口保留)
├── WrapperReserved[0..3]
└── 包扩展数据 (NDIS_PACKET_OOB_DATA + NDIS_PACKET_EXTENSION)

关键操作：

• NdisAllocateBuffer → 调用 IoAllocateMdl + MmBuildMdlForNonPagedPool
• NdisAllocatePacketPoolEx → 预分配池，通过空闲链表管理
• CopyBufferChainToBuffer → 遍历 MDL 链复制到连续缓冲区
• CopyPacketToBuffer → 从数据包复制到缓冲区

4.5 中断处理 (io.c)

中断处理分为两个阶段：

硬件中断
↓
MiniportISR() ← ISR 阶段（高 IRQL）
├── InterruptRecognized = TRUE
└── QueueMiniportHandleInterrupt = TRUE
↓
HandleDeferredProcessing() ← DPC 阶段（DISPATCH_LEVEL）
├── MiniportHandleInterrupt()
└── MiniportEnableInterrupt()

4.6 配置管理 (config.c)

NDIS 对注册表的操作提供了资源跟踪机制：

• NdisOpenConfiguration / NdisOpenProtocolConfiguration → 打开注册表键
• NdisReadConfiguration → 读取配置值（支持 Integer/HexInteger/String/MultiString/Binary）
• NdisWriteConfiguration → 写入配置值
• NdisCloseConfiguration → 关闭并释放所有跟踪资源

资源跟踪通过 MINIPORT_CONFIGURATION_CONTEXT 和 MINIPORT_RESOURCE 链表实现。

4.7 以太网过滤 (efilter.c)

当微型端口指示接收到数据时，EthFilterDprIndicateReceive 被调用，它会：

5. 工作流程图

5.1 驱动初始化流程

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协议驱动注册

PnP 设备启动

微型端口驱动注册

DriverEntry

初始化全局列表和锁

NdisMInitializeWrapper

分配 NDIS_M_DRIVER_BLOCK

保存 DriverObject 和 RegistryPath

加入全局 MiniportListHead

NdisMRegisterMiniport

验证 Characteristics

注册 AddDevice = NdisIAddDevice

注册 MajorFunction = NdisGenericIrpHandler

IRP_MN_START_DEVICE

NdisIPnPStartDevice

加入全局 AdapterListHead

打开注册表读取总线信息

设置内部回调处理器

调用 MiniportInitialize

查询 MAC 能力（OID 查询）

创建以太网过滤器

启动挂起检测计时器

绑定所有协议到本适配器

NdisRegisterProtocol

验证协议版本

分配 PROTOCOL_BINDING

ndisBindMiniportsToProtocol

读取 Bind 注册表值

对每个设备调用 BindAdapterHandler

协议调用 NdisOpenAdapter

创建 ADAPTER_BINDING

加入协议和适配器列表

5.2 数据包发送流程

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Miniport Layer

NDIS Library

Protocol Layer

是

否

是

是

否

是

否

是

否

是

否

协议发送数据包

NdisSend / NdisSendPackets

ProSend / ProSendPackets

是回环包?

目标MAC == 本机MAC?

使用 DMA?

ProIndicatePacket 回环处理

GetScatterGatherList → DMA

proSendPacketToMiniport

ScatterGatherSendPacket 回调

proSendPacketToMiniport

WorkItemSend 正忙?

入队 MiniQueueWorkItem

MiniIsBusy?

入队工作项

直接调用微型端口

反序列化?

SendPacketsHandler/SendHandler

提升到 DISPATCH_LEVEL 再调用

硬件发送

发送完成中断

NdisMSendComplete

MiniSendComplete

释放 Scatter/Gather List

调用 ProtocolSendCompleteHandler

MiniWorkItemComplete 检查后续工作

5.3 数据包接收流程

#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 svg{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 p{margin:0;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .label{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .label text,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node rect,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node circle,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node ellipse,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node polygon,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .rough-node .label text,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node .label text,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .image-shape .label,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .rough-node .label,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node .label,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .image-shape .label,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .icon-shape,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .icon-shape p,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-ro1A9uyE1FpkAo28 :root{–mermaid-font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;}

Packet Return

Receive Indication

DPC Stage

Hardware

传统 ReceiveHandler

Packet ReceivePacketHandler

是

否

是

是

否

否

是

否

网卡接收数据

硬件中断

MiniportISR

排队 DPC

HandleDeferredProcessing DPC

MiniportHandleInterrupt

MiniportEnableInterrupt

数据包指示方式?

EthFilterDprIndicateReceive

MiniIndicateReceivePacket

MiniIndicateData

遍历 ProtocolListHead

调用协议 ReceiveHandler

遍历协议设置 WrapperReserved 引用计数

协议有 ReceivePacketHandler?

协议 ReceivePacketHandler

增加包引用计数

复制数据到 LookaheadBuffer

调用协议 ReceiveHandler

反序列化?

引用计数 == 0?

立即调用 ReturnPacketHandler

协议后来调用 NdisReturnPackets

引用计数 == 0?

设置 NDIS_STATUS_SUCCESS

设置 NDIS_STATUS_PENDING

5.4 请求处理流程 (OID 查询/设置)

#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX svg{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX p{margin:0;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .label{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .label text,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node rect,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node circle,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node ellipse,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node polygon,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .rough-node .label text,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node .label text,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .image-shape .label,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .rough-node .label,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node .label,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .image-shape .label,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .icon-shape,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .icon-shape p,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-dGPvbkzYbgquOAiX :root{–mermaid-font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;}

是

否

无

NdisRequestQueryInformation

NdisRequestSetInformation

有

是

否

协议调用 NdisRequest

ProRequest

MiniIsBusy?

入队工作项 NdisWorkItemRequest

MiniDoRequest

有 CoRequestHandler?

请求类型

MiniportQueryInformationHandler

MiniportSetInformationHandler

MiniportCoRequestHandler

状态 == PENDING?

等待 MiniRequestComplete

直接完成

MiniRequestComplete

调用 RequestCompleteHandler

MiniWorkItemComplete

5.5 适配器重置流程

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是

否

是

否

否

协议调用 NdisReset

ProReset

MiniReset

MiniIsBusy?

入队重置工作项

NdisMIndicateStatus RESET_START

调用 MiniportResetHandler

状态 == PENDING?

等待 MiniResetComplete

执行寻址重置

NdisMIndicateStatus RESET_END

MiniWorkItemComplete

6. 数据流图

6.1 发送数据流

协议驱动 NDIS 库 微型端口驱动
+——–+ +———–+ +————+
| TCP/IP | | ndis.sys | | e1000.sys |
+——–+ +———–+ +————+
| | |
|— NdisSend(Packet) ———->| |
| | |
| +—–+—–+ |
| | ProSend() | |
| +—–+—–+ |
| | |
| +—–v—–+ |
| | 检查回环 |—如果目标=本机MAC–+ |
| +—–+—–+ | |
| | | |
| +—–v—–+ v |
| | DMA? |—是–> Scatter/Gather |
| +—–+—–+ | |
| | | |
| +—–v—–+ | |
| | 发送到 | | |
| | 微型端口 |<——————+ |
| +—–+—–+ |
| | |
| +—–v—–+ |
| | 序列化/ | |
| | 工作项队列 | |
| +—–+—–+ |
| | |
| +——- MiniportSend ———>|
| | (或 SendPackets) |
| | |
| | +—v—+
| | | 硬件 |
| | | 发送 |
| | +—v—+
| | |
| |<——- NdisMSendComplete —+
| | |
| +—–v—–+ |
| |MiniSendComplete |
| +—–+—–+ |
| | |
|<—— SendCompleteHandler —-+ |

6.2 接收数据流

硬件 NDIS 库 协议驱动
+——–+ +———–+ +——–+
| 网卡 | | ndis.sys | | TCP/IP |
+——–+ +———–+ +——–+
| | |
|— 硬件中断 ——————>| |
| | |
| +—–v—–+ |
| | MiniportISR| |
| +—–+—–+ |
| | |
| +—–v—–+ |
| | DPC 处理 | |
| +—–+—–+ |
| | |
|<– MiniportHandleInterrupt —-+ |
| | |
|— MiniportTransferData[可选] ->| |
| (或 NdisMIndicateReceivePacket)| |
| | |
| +—–v—–+ |
| | 以太网 | |
| | 过滤器检查 | |
| +—–+—–+ |
| | |
| +—–v——+ |
| | 遍历协议列表 | |
| +—–+——+ |
| | |
| +——- ReceiveHandler ——–>|
| | (或 ReceivePacketHandler)|
| | |
| | +—v—+
| | | 协议 |
| | | 处理 |
| | | 数据 |
| | +—v—+
| | |
|<— NdisReturnPackets ———+<— 协议归还数据包 ————+

6.3 OID 查询/设置数据流

协议驱动 NDIS 库 微型端口驱动
+——–+ +———–+ +————+
| TCP/IP | | ndis.sys | | e1000.sys |
+——–+ +———–+ +————+
| | |
|— NdisRequest(Request) ——>| |
| (OID_GEN_xxx…) | |
| +—–v—–+ |
| | ProRequest| |
| +—–+—–+ |
| | |
| +—–v——+ |
| | MiniDoRequest| |
| +—–+——+ |
| | |
| +—–v——+ |
| | 根据请求类型 | |
| +—–+——+ |
| | |
| +————+————-+ |
| | | |
| +——–v——+ +——–v——+ |
| |QueryInfoHandler| |SetInfoHandler | |
| +——–+——+ +——–+——+ |
| | | |
| +—— 微型端口执行 ——-+–> [硬件查询] |
| | (OID 处理) | |
| | | |
| +—— NdisM[Query/Set] –+ |
| | InformationComplete| |
| | | |
| +———-v———-+ |
| | MiniRequestComplete | |
| +———-+———-+ |
| | |
|<——— RequestCompleteHandler –+ |

7. 初始化序列

7.1 完整的系统启动-网络初始化序列

Phase 1: NDIS 自身初始化
=========================
1. 系统加载 ndis.sys
2. DriverEntry() 调用
– 初始化 ProtocolListHead, MiniportListHead, AdapterListHead
– 初始化对应的自旋锁

Phase 2: 微型端口驱动加载
=========================
3. 系统加载 e1000.sys 等微型端口驱动
4. DriverEntry 调用:
a. NdisMInitializeWrapper() – 在全局 MiniportListHead 注册驱动块
b. NdisMRegisterMiniport() – 注册微型端口特性
– 验证函数指针
– 注册 AddDevice = NdisIAddDevice
– 注册 MajorFunction = NdisGenericIrpHandler

Phase 3: PnP 枚举设备
=====================
5. PnP 管理器枚举 PCI 总线上的网络设备
6. NdisIAddDevice() 调用:
a. 读取注册表 Export 名称
b. IoCreateDevice() 创建设备对象
c. 初始化 LOGICAL_ADAPTER
d. 注册网络设备接口
e. IoAttachDeviceToDeviceStack() 附加到设备栈
f. 初始化挂起检测 DPC 和计时器

7. IRP_MN_START_DEVICE 到达:
a. NdisIPnPStartDevice() 调用
b. 打开注册表读取配置
c. 设置内部处理函数钩子
d. 调用 MiniportInitialize() – 微型端口初始化硬件
e. 查询 MAC 能力 (OID_GEN_MAC_OPTIONS, OID_802_3_CURRENT_ADDRESS 等)
f. 创建以太网过滤器
g. 启动挂起检测计时器 (默认每2秒检查)
h. 绑定所有已注册协议到本适配器

Phase 4: 协议驱动加载
=====================
8. 系统加载 tcpip.sys 等协议驱动
9. DriverEntry 调用:
a. NdisRegisterProtocol() – 注册协议特性
b. ndisBindMiniportsToProtocol() – 读取 Linkage\\Bind 键
c. 对每个适配器调用 BindAdapterHandler
d. BindAdapterHandler 调用 NdisOpenAdapter()
– MiniLocateDevice() 查找适配器
– 检查介质类型
– 分配 ADAPTER_BINDING
– 建立双向链表关系

Phase 5: 协议就绪
=================
10. NdisCompleteBindAdapter() 确认绑定完成
11. 协议驱动发送 NetEventBindsComplete PnP 事件
12. 网络协议栈开始正常收发数据

8. 关键函数分析

8.1 发送路径关键函数

8.2 接收路径关键函数

8.3 请求处理关键函数

8.4 注册和绑定关键函数

8.5 缓冲区管理关键函数

8.6 中断处理关键函数

9. 构建配置

9.1 CMakeLists.txt

add_definitions(
-DNDIS_WRAPPER
-DNDIS51
-DNDIS51_MINIPORT
-DNDIS_MINIPORT_DRIVER
-DNDIS_LEGACY_DRIVER=1
-DNDIS_LEGACY_MINIPORT=1
-DNDIS_LEGACY_PROTOCOL=1)

add_library(ndis MODULE …)
set_module_type(ndis kernelmodedriver)
add_importlibs(ndis ntoskrnl hal)

9.2 输出

编译结果为 reactos/system32/drivers/ndis.sys，链接 ntoskrnl 和 hal。

9.3 版本声明

NDIS_VERSION = 0x00050001 (= NDIS 5.1)

附录 A：NDIS 协议驱动特性结构

typedef struct _NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS {
UCHAR MajorNdisVersion; // NDIS 主版本
UCHAR MinorNdisVersion; // NDIS 次版本
USHORT Reserved; // 保留
NDIS_STRING Name; // 协议名称
OPEN_ADAPTER_COMPLETE_HANDLER OpenAdapterCompleteHandler;
CLOSE_ADAPTER_COMPLETE_HANDLER CloseAdapterCompleteHandler;
SEND_COMPLETE_HANDLER SendCompleteHandler;
TRANSFER_DATA_COMPLETE_HANDLER TransferDataCompleteHandler;
RECEIVE_HANDLER ReceiveHandler;
RECEIVE_COMPLETE_HANDLER ReceiveCompleteHandler;
STATUS_HANDLER StatusHandler;
STATUS_COMPLETE_HANDLER StatusCompleteHandler;
BIND_ADAPTER_HANDLER BindAdapterHandler;
UNBIND_ADAPTER_HANDLER UnbindAdapterHandler;
PNP_EVENT_HANDLER PnPEventHandler; // NDIS 5.0
RECEIVE_PACKET_HANDLER ReceivePacketHandler; // NDIS 5.0
SEND_COMPLETE_HANDLER SendCompleteHandler;
...
} NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS;

附录 B：NDIS 微型端口驱动特性结构

typedef struct _NDIS_MINIPORT_CHARACTERISTICS {
UCHAR MajorNdisVersion;
UCHAR MinorNdisVersion;
USHORT Filler;
UINT Reserved;
CHECK_FOR_HANG_HANDLER CheckForHangHandler;
DISABLE_INTERRUPT_HANDLER DisableInterruptHandler;
ENABLE_INTERRUPT_HANDLER EnableInterruptHandler;
HALT_HANDLER HaltHandler;
HANDLE_INTERRUPT_HANDLER HandleInterruptHandler;
INITIALIZE_HANDLER InitializeHandler;
ISR_HANDLER ISRHandler;
QUERY_INFORMATION_HANDLER QueryInformationHandler;
RESET_HANDLER ResetHandler;
SEND_HANDLER SendHandler; // NDIS 3.0/4.0
SET_INFORMATION_HANDLER SetInformationHandler;
TRANSFER_DATA_HANDLER TransferDataHandler;
RETURN_PACKET_HANDLER ReturnPacketHandler; // NDIS 4.0
SEND_PACKETS_HANDLER SendPacketsHandler; // NDIS 4.0
...
} NDIS_MINIPORT_CHARACTERISTICS;

附录 C：参考文档

• NDIS 5.1 规范 (MSDN)
• [ddk/ndis.h](file:///d:/reactos/sdk/include/ddk/ndis.h) — NDIS DDK 头文件
• [ddk/ndisguid.h](file:///d:/reactos/sdk/include/ddk/ndisguid.h) — NDIS GUID 定义
• [psdk/ntddndis.h](file:///d:/reactos/sdk/include/psdk/ntddndis.h) — NDIS IOCTL 定义