如果你曾经将iPhone、iPad或iPod连接到Windows PC上，你可能会注意到，这些设备会根据你的操作显示为不同类型的设备。例如，如果你正在给iPhone充电，它可能会显示为“USB复合设备”，但如果你正在与iTunes同步音乐，它可能会显示为“苹果移动设备USB驱动程序”。你有没有想过这是怎么回事？事实证明，苹果在Windows电脑上有一个USB低级过滤器，可以帮助他们控制操作系统使用哪些USB配置。

本文中，我们会首先介绍苹果的USB低级过滤器是如何工作的，它是做什么，以及无论是否安装了苹果软件，它如何提供不同的体验；其次，我们将研究为什么当设备的WPD属性WPD_DEVICE_PROTOCOL表明设备正在使用媒体传输协议(MTP)时，iphone的开箱操作如此有限。我们将深入研究诸如Windows便携式设备(WPD)，USB描述符和用户模式驱动程序框架(UMDF)等话题。

初始化苹果的USB低级过滤器

苹果设备将自己呈现为具有多个接口的复合设备，以确保它们的设备被正确识别，并加载所有必要的驱动程序。这是因为苹果设备通常有多个接口，提供不同的功能，如音频、视频和控制。当我们将苹果设备插入Windows设备时，总线适配器识别设备并向操作系统提供其hardwareid和compatibleid。这些id用于根据id的匹配质量在driver Store中搜索最佳驱动程序。

对于总线驱动器来说，要将该设备视为复合设备，必须满足一定的要求。如果不满足这些要求，操作系统将不会自动加载USB复合设备类驱动程序(usbccgp)。在这种情况下，我们需要提供一个INF来加载通用的父驱动程序，对于苹果来说是文件AppleUSB.inf。

在iPhone的情况下，不满足的要求是设备具有多个配置(bNumConfigurations == 4)。

这个INF文件包含不同设备的各种设置配置(例如AppleUSB, AppleUsbHomePod和AppleUsbWatch)。对于iOS设备，HardwareId将完全匹配，因此操作系统将应用AppleUSB设置配置，这将复制AppleLowerFilter.sys，并将在设备特定的注册表项下添加以下值：

OriginalConfigurationValue是一个可以在设备的硬件注册表项中为Usbccgp.sys驱动程序设置的值。它确定复合设备的哪个配置应用作默认配置。首次插入复合设备时，系统读取OriginalConfigurationValue并加载指定的配置。这对于具有多个配置的复合设备非常有用，其中一个配置可能是首选配置。

安装驱动程序包后，微软将详细说明以下步骤。设备将重新启动，重启后，PnP管理器识别设备的功能驱动程序和任何可选的过滤器驱动程序，构建设备堆栈，在该样本中，FDO是Usbccgp和LowerFiDO是AppleLowerFilter，并通过调用DriverEntry例程启动设备，为任何尚未加载的所需驱动程序。然后为每个驱动程序调用AddDevice例程，从低过滤驱动程序开始，然后是函数驱动程序。如果需要，将分配资源，PnP管理器将IRP_MN_START_DEVICE发送给设备的驱动程序。

USB低级过滤器工作原理

介绍了AppleLowerFilter的枚举和安装背后的理论之后，我们现在将仔细研究驱动程序是如何工作的，以及它在Windows设备上启用Apple设备功能时所起的作用。

作为一个WDF驱动程序，PnP调用DriverEntry的第一步是初始化框架并绑定WDF版本(在本例中为WDF 1.15)。一旦完成，框架将调用我们的DriverEntry函数，在AppleLowerFilter的情况下，他们的驱动项将简单地创建一个驱动对象，并在WDF_DRIVER_CONFIG中只设置一个AddDevice例程。AppleLowerFilter的AddDevice例程将进行如下操作：

1.通过调用WdfFdoInitSetFilter将自己标识为FiDO；

2.为事件注册PnP和电源管理回调：

EvtDevicePrepareHardware；

EvtDeviceReleaseHardware；

EvtDeviceD0Entry；

EvtDeviceD0Exit；

3.为IRP设置两个IRP预处理回调：

IRP_MJ_PNP；

IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL；

4.使用名为FILTER_EXTENSION（sizeof==0x50）的上下文类型信息创建一个DO；

本文不深入讨论WDF框架的所有细节，但鼓励每个人都深入研究Github上的源代码。它是一个设计良好的软件，使编写驱动程序变得更加容易和直观，因此研究代码是一个很好的练习。

在上电序列（ power-up sequence）中，下一步是为上电准备硬件，这意味着调用过滤器注册的EvtDevicePrepareHardware回调。这可能是AppleLowerFilter中最有趣的步骤。

Callback的第一步是检索USB描述符，这是通过被称为GetUsbDeviceDescriptor的函数完成的。此函数用于检索USB设备的USB设备描述符。这是通过为URB (USB请求块)分配内存并使用URB_FUNCTION_GET_DESCRIPTOR_FROM_DEVICE类型完成的，这是一个从USB设备检索描述符的请求。被请求的描述符是USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE，它提供有关USB设备的信息，如其供应商和产品id、设备类和协议。该函数同步提交URB以检索描述符。

对于大多数与USB相关的操作，苹果使用usbdlib，这有点令人不可思议，因为这是一个WDF驱动程序，他们可以使用wdfusb标头，简化事情。

然后，驱动程序将bNumConfigurations存储到FILTER_EXTENSION上下文中，并继续调用我认为是该驱动程序的主要函数GetPreferredConfig。在描述其内部结构之前，先看一下这个函数的简单伪代码:

该函数将首先检查设备的配置数是否为1。如果是，则将首选配置设置为1；如果没有，代码将发送一个URB来检索首选配置；如果URB请求失败，则首选配置为3。然后代码在FilterCtx结构中设置DeviceConfig字段。然后，它检查QueryAppleSoftwarePresent函数是否返回false(表示未安装AppleSoftware)，如果是，则将首选配置设置为1。然后，代码检查首选配置是否大于或等于设备描述符中指定的配置数；如果是，则将首选配置设置为最大配置数。最后，如果首选配置大于或等于5，则代码返回5。

在这个函数中有几个关键点，首先突出的是getdeviceconfigure函数，该函数将为URB分配内存，设置URB以发出特定于供应商的控制请求，然后将URB同步提交给USB驱动程序堆栈。正在进行的特定供应商请求是请求类型为69的控制传输和包含一个字节数据的传输缓冲区。

选择首选配置的下一个关键点是QueryAppleSoftwarePresent函数，这个函数起着很大的作用，因为它的返回值将决定我们是否总是被限制为只有一个首选配置。这个函数将做以下事情:

回到GetPreferredConfig函数，这个值起着很大的作用，因为这个函数返回的数字将用于覆盖设备注册表项中的OriginalConfigurationValue。

注意：GetPreferredConfig返回的值将被减去1，因为OriginalConfigurationValue描述的注册表值对应于usb定义的配置索引，由配置描述符(USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR)的bConfigurationValue成员指示，而不是由设备配置描述符中报告的bConfigurationNum值表示。

我们刚刚看到的是为什么即使INF在OriginalConfigurationValue中写入值2，如果你将iPhone插入没有安装iTunes的PC，你会在注册表中看到以下内容:

在注册表中设置OriginalConfigurationValue之后，EvtDevicePrepareHardware函数将调用wdfusbtargetdevicecrecreate来创建USB目标设备对象。USB目标设备对象表示底层USB设备，并为驱动程序与设备通信提供了一种方式。

为了定期检查首选配置，该函数设置了一个WDFTIMER。计时器的回调函数将被定期调用，以检查首选配置是否已更改。如果首选配置已更改，则函数将调用WdfUsbTargetDeviceCyclePortSynchronously，以便意外删除并重新枚举设备，从而使用新配置进行加载。

计时器的周期设置为0，因此框架不会调用计时器。另一方面，过滤器将在计时器的回调函数和D0Entry回调中调用WdfTimerStart, DueTime为5s(相对于当前系统时间)。

现在让我们看看这两个IRP预处理回调，以获得驱动程序工作流的全貌。IRP的预处理允许驱动程序在将IRP发送到默认处理程序或堆栈中的另一个驱动程序之前修改或重定向IRP。

首先看一下内部设备控制请求的处理程序。该函数将检查IRP是否为IOCTL_INTERNAL_USB_SUBMIT_URB请求，以选择USB配置。如果是，函数将获得设备的句柄，转发IRP，然后检索USB接口的管道句柄。Interrupt、BulkIn和BulkOut的管道句柄将存储在设备上下文中。

现在让我们看一下PnP IRPs预处理的处理程序。在本文的示例中，句柄将处理两种情况：IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONS 和IRP_MN_QUERY_ID。

QueryID IRP的情况非常简单，函数将检查FilterCtx->DeviceConfig(记住这个值是通过供应商特定的URB获得的)是否被设置为1，如果是，函数将字符串&RESTORE_MODE附加到BusQueryHardwareIDs和BusQueryDeviceID请求返回的信息中。

另一方面，querydevicerrelation更有趣一些。首先，这个处理程序只会在某个计时器没有运行并且设备上安装了Apple Software的情况下执行。它将只处理BusRelations IRP，它将同步转发请求并检查状态是否成功。如果返回任何信息，它将在返回的设备对象列表中查找其CompatibleId包含USB\Class_06的设备。如果找到了，它会取消对这个DO的引用，然后将其从列表中删除并更新设备计数，这样即使usbccgp为WPD设备创建了PDO, PnP也不会看到这个DO，因为返回的列表中没有它。不久，我们将看到低级过滤器如何处理这一点。

如果找到了类6的设备，那么该函数将根据DbgPrints设置另一个WDF定时器，我们将其称为PtpTimer，它在5秒后被触发。当触发回调时，将在deviceContext中设置一个标志，因此QueryDeviceRelations处理程序不再处理请求，将检查iTunes是否存在，如果存在，它将发送以下一组PTP/MTP操作请求包到USB设备。

OpenSession - OperationCode: 0x1002；

vendoreextensionoperationcode: 0x9008；

CloseSession - OperationCode: 0x1003；

下面的USB数据包捕获说明了这些操作的执行，注意它们是如何在该端口上捕获大约5秒后发生的。

尽管尝试了所有的手段来获得操作0x9008的更多信息，但似乎没有任何关于它的苹果设备的信息。所能得到的最好结果是ChatGPT说“PTP/MTP数据包中的操作命令0x9008通常对应于“Apple Device Info”命令”。不幸的是，当要求提供证明这一点的文档/引用时，而聊天给到的每个链接要么是无效的，要么是不可用的/废弃的苹果文档。给定名称“苹果设备信息”，笔者认为它类似于PTP/MTP命令“GetDeviceInfo”，但在设备命令0x9008上尝试的每个测试似乎都没有数据阶段，所以最好的猜测是，要么不是“设备信息”命令，要么苹果设备不再响应该命令。

最后，在发送PTP/MTP请求后，PtpTimer将调用IoInvalidateDeviceRelations，其关系类型为BusRelation，这将触发一个新的IRP QueryDeviceRelations，但由于这次计时器已经执行，处理程序不会从设备列表中删除WPD设备。这次PnP管理器我们会看到WPD设备的PDO并开始为它构建堆栈。下图显示了通过将LowerFilter添加到堆栈中并跟踪Pre和Post捕获的这种行为，IRP由AppleLowerFilter处理。

目前猜测是带有operationCode 0x9008的PTP包以某种方式，通知设备iTunes存在于主机上或这些行周围的东西。除此之外，没有注意到WPD设备在安装iTunes或没有安装iTunes的情况下有任何不同的行为，除了WPD设备实际显示需要5秒钟。从设备的LowerFilters列表中删除AppleLowerFilter似乎对WPD设备的行为没有任何重大影响。

这几乎就是AppleLowerFilter的行为方式，可以看到它主要在设备初始化期间工作，除了检查活动配置的计时器每5秒在后台运行一次之外，查看端口时必须重新举例。

文章翻译自：https://n4r1b.com/posts/2023/03/the-intersection-of-apples-usb-lower-filter-and-iphone-wpd-integration/如若转载，请注明原文地址