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NTSTATUS status STATUS_SUCCESS; // 使用自旋锁保护共享状态 KLOCK_QUEUE_HANDLE lockHandle; KeAcquireInStackQueuedSpinLock(devExt-StateLock, lockHandle); if (devExt-IsOpen) { // 已被打开检查是否允许多实例 if (!devExt-AllowShareAccess) { status STATUS_ACCESS_DENIED; } else { devExt-OpenCount; } } else { devExt-IsOpen TRUE; devExt-OpenCount 1; // 初始化默认串口参数 devExt-BaudRate 9600; devExt-DataBits 8; devExt-StopBits 1; devExt-Parity NOPARITY; } KeReleaseInStackQueuedSpinLock(lockHandle); Irp-IoStatus.Status status; Irp-IoStatus.Information 0; IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); return status; }重点解读- 我们用了KeAcquireInStackQueuedSpinLock来保护临界区适合短时间操作。-AllowShareAccess是设备扩展中的配置项可由INF文件或注册表决定。- 初次打开时初始化波特率等参数确保每次重启后行为一致。如果这里不做并发保护多线程同时打开就会导致状态错乱——轻则返回错误重则蓝屏。关闭端口别忘了清理“未完成的承诺”CloseHandle()对应的是IRP_MJ_CLOSE。看似简单实则责任重大。因为此时可能还有正在等待的读写操作没完成。如果不妥善处理这些“悬挂”的IRP它们将永远得不到回应造成用户程序卡死、句柄泄漏甚至引发系统资源耗尽。NTSTATUS DispatchClose(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp) { PDEVICE_EXTENSION devExt (PDEVICE_EXTENSION)DeviceObject-DeviceExtension; // 取消所有挂起的读写操作 CancelAllPendingReads(devExt); CancelAllPendingWrites(devExt); // 停止定时器、DPC、工作线程等后台任务 if (devExt-TimeoutTimer) { KeCancelTimer(devExt-TimeoutTimer); } // 释放接收/发送缓冲区 ExFreePoolWithTag(devExt-RxBuffer, RXBF); ExFreePoolWithTag(devExt-TxBuffer, TXBF); // 标记为空闲 devExt-IsOpen FALSE; Irp-IoStatus.Status STATUS_SUCCESS; Irp-IoStatus.Information 0; IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); return STATUS_SUCCESS; }经验之谈在CancelAllPendingReads()中你需要遍历所有等待中的IRP逐一调用IoSetCancelRoutine(irp, NULL)并设置其状态为STATUS_CANCELLED最后调用IoCompleteRequest()完成它。这是防止“IRP泄漏”的黄金法则。接收数据读操作的两种模式如何统一处理IRP_MJ_READ是最复杂的派遣函数之一因为它必须同时支持-阻塞读取没数据就等着直到来了或者超时-非阻塞读取立即返回有数据拿走没数据也走人-部分读取只要有一点数据就先返回一部分-超时控制遵循COMMTIMEOUTS设置的行为。我们来看典型实现思路NTSTATUS DispatchRead(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp) { PDEVICE_EXTENSION devExt (PDEVICE_EXTENSION)DeviceObject-DeviceExtension; PIO_STACK_LOCATION stack IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp); ULONG requestedLength stack-Parameters.Read.Length; PUCHAR userBuffer (PUCHAR)Irp-AssociatedIrp.SystemBuffer; ULONG bytesRead 0; KLOCK_QUEUE_HANDLE lock; KeAcquireInStackQueuedSpinLock(devExt-RxLock, lock); // 1. 如果有数据直接拷贝 while (bytesRead requestedLength RxQueueHasData(devExt)) { userBuffer[bytesRead] DequeueRxByte(devExt); } KeReleaseInStackQueuedSpinLock(lock); if (bytesRead 0) { // 成功读到一些数据立即完成 Irp-IoStatus.Status STATUS_SUCCESS; Irp-IoStatus.Information bytesRead; IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); return STATUS_SUCCESS; } // 2. 没数据看是不是允许等待 if (IsNonBlockingRead(stack)) { Irp-IoStatus.Status STATUS_SUCCESS; // 注意成功但信息为0 Irp-IoStatus.Information 0; IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); return STATUS_SUCCESS; } // 3. 阻塞模式挂起IRP等待数据到来 return PendReadIrp(Irp, devExt); // 返回 STATUS_PENDING }关键设计点- 即使是非阻塞模式也要返回STATUS_SUCCESSInformation0这是Win32 API期望的结果。-PendReadIrp()会将IRP加入一个队列并设置取消例程。当数据到达时比如另一个线程调用了InjectDataToRxQueue()驱动会唤醒该IRP并完成它。- 超时由单独的DPC或定时器监控避免无限等待。发送数据流控与延迟模拟的真实感营造IRP_MJ_WRITE看似比读简单其实不然。真正的串口通信要考虑- 波特率限制了最大吞吐量- CTS/DTR等硬件流控信号会影响能否发送- 写入操作本身也可以是异步的。NTSTATUS DispatchWrite(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp) { PDEVICE_EXTENSION devExt (PDEVICE_EXTENSION)DeviceObject-DeviceExtension; PIO_STACK_LOCATION stack IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp); ULONG length stack-Parameters.Write.Length; PUCHAR buffer (PUCHAR)Irp-AssociatedIrp.SystemBuffer; if (!devExt-CtsHolding) { // 硬件流控未就绪排队等待 QueueWriteIrp(Irp); return STATUS_PENDING; } // 计算本次可写入的最大长度受缓冲区限制 ULONG available GetAvailableTxSpace(devExt); ULONG toSend min(length, available); CopyMemoryToTxFifo(devExt, buffer, toSend); // 启动发送引擎可能是DPC模拟波特率延迟 StartTransmitEngine(devExt); Irp-IoStatus.Status STATUS_SUCCESS; Irp-IoStatus.Information toSend; IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); return STATUS_SUCCESS; }⚙️进阶技巧你可以用一个定时DPC来逐字节“发射”数据模拟真实串口按波特率逐位传输的过程。这样不仅更真实还能自然地支持中断式的流量控制变化响应。设备控制IOCTL的大杂烩如何安全分发IRP_MJ_DEVICE_CONTROL是串口驱动中最复杂的部分涵盖了几十种标准IOCTL如IOCTL_SERIAL_SET_BAUD_RATE、IOCTL_SERIAL_CLR_DTR等每一个都需要精准解析。更重要的是输入输出缓冲区的安全校验至关重要否则极易引发内核缓冲区溢出。NTSTATUS DispatchDeviceControl(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp) { PIO_STACK_LOCATION stack IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp); ULONG ctrlCode stack-Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode; PVOID inputBuffer Irp-AssociatedIrp.SystemBuffer; SIZE_T inLen stack-Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength; SIZE_T outLen stack-Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength; PDEVICE_EXTENSION devExt (PDEVICE_EXTENSION)DeviceObject-DeviceExtension; NTSTATUS status STATUS_SUCCESS; ULONG info 0; switch (ctrlCode) { case IOCTL_SERIAL_SET_BAUD_RATE: { if (inLen sizeof(ULONG)) { status STATUS_BUFFER_TOO_SMALL; break; } ULONG newBaud *(PULONG)inputBuffer; if (IsValidBaudRate(newBaud)) { devExt-BaudRate newBaud; info sizeof(ULONG); } else { status STATUS_INVALID_PARAMETER; } break; } case IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS: { if (outLen sizeof(SERIAL_COMMPROP)) { status STATUS_BUFFER_TOO_SMALL; break; } PSERIAL_COMMPROP prop (PSERIAL_COMMPROP)inputBuffer; FillCommProp(prop); // 填充当前状态 info sizeof(SERIAL_COMMPROP); break; } default: status STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST; break; } Irp-IoStatus.Status status; Irp-IoStatus.Information info; IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); return status; }✅安全守则- 所有输入长度必须严格检查- 输出结构体大小也要验证- 不信任任何来自用户态的数据指针哪怕它是SystemBuffer- 使用静态分析工具如Static Driver Verifier检测潜在越界风险。实战场景构建一对相互连接的虚拟COM口最常见的应用是虚拟COM对Virtual COM Pair比如 COM3 ↔ COM4 虚拟互联。两个独立驱动实例通过共享内存或命名FIFO相连。App1 → WriteFile(COM3) ↓ Driver A (COM3) → 数据进入 Shared FIFO ← Driver B (COM4) ↓ App2 ← ReadFile(COM4)在这种架构下- 写入A的数据自动出现在B的接收队列中- B如果有挂起的读IRP应立即被唤醒- 支持双向通信形成全双工链路- 可扩展为“网络转串口”一端本地虚拟串口另一端TCP client/server。这类设计广泛应用于- 工业网关协议调试- 医疗设备仿真测试- 物联网边缘计算桥接- 自动化测试框架中的设备模拟。开发避坑指南那些文档不会告诉你的秘密❌ 常见错误1忘记设置DO_BUFFERED_IO或DO_DIRECT_IO如果你使用SystemBuffer必须在设备对象中正确设置标志位否则可能导致访问非法地址。deviceObject-Flags | DO_BUFFERED_IO; // 或 DO_DIRECT_IO用于MDL映射❌ 常见错误2IRP未完成就返回一旦你接手了一个IRP就必须保证它最终被IoCompleteRequest()完成。否则用户程序永远卡住。特别注意当返回STATUS_PENDING时必须先调用IoMarkIrpPending(Irp)否则系统会认为你没处理。Irp-IoStatus.Status STATUS_PENDING; IoMarkIrpPending(Irp); // 必须 return STATUS_PENDING;❌ 常见错误3在Dispatch函数中做耗时操作派遣函数应在短时间内返回。长时间操作如等待网络响应应交给DPC、工作项或系统线程处理避免阻塞整个I/O路径。结语掌握IRP才算真正入门Windows驱动虚拟串口驱动看似小众实则是学习WDM架构的绝佳切入点。它涵盖了IRP生命周期的所有典型场景创建、销毁、数据流动、设备控制、异步等待、取消处理。当你能熟练写出稳定可靠的派遣函数并理解每一个IoCompleteRequest()背后的系统影响时你就已经站在了高级驱动开发的门槛上。下一步你可以尝试- 迁移到KMDFKernel-Mode Driver Framework用更简洁的模型替代手动IRP管理- 添加PNP 和 Power Management支持让你的虚拟设备支持热插拔和休眠唤醒- 实现加密隧道模式把两个虚拟串口之间的通信走TLS加密- 构建UI配置面板允许用户动态增删虚拟端口、查看统计信息。技术的深度从来不是靠堆砌术语获得的。而是当你面对一个IRP时能清晰地说出“它从哪里来要到哪里去中间可能会发生什么。”这才是真正的内核开发者思维。如果你正在开发类似的驱动项目或者遇到了IRP处理上的难题欢迎在评论区交流探讨。我们一起把“黑盒”变成“透明”。