在虚拟机、远程控制、或者诸如云电脑之类的应用中，我们经常能够看到虚拟设备的身影。对于初学者来说，从0到1实现一个虚拟设备或许非常困难，但从0.99到1改造一个虚拟设备就简单多了。本文根据微软提供的UMDF版本HID minidriver的示例代码，稍加改造，将其变成一个虚拟HID键盘设备。
HID minidriver sample
微软提供的这个示例代码的仓库地址是：https://github.com/microsoft/Windows-driver-samples/tree/main/hid/vhidmini2
这个示例代码实现了一个hid驱动程序和一个客户端，演示了客户端如何与hid驱动程序通信。我想将其改造成一个HID键盘设备，通过客户端与其通信，控制其按键。
第一步 修改HID报告描述符
原代码的HID报告描述符包含了一个Vender Usage的顶级集合，集合里定义了一个HID报告，用于客户端和驱动程序的通信。这个集合可以保留下来继续用来通信。
要实现HID键盘的功能，需要一个Keyboard的顶级集合，下面是一个常见的HID键盘的报告描述符，我把LED相关的输出报告删除了，仅保留了按键相关的输入报告。报告描述符直接添加到原来的报告描述符的尾部即可。
HID_REPORT_DESCRIPTOR G_DefaultReportDescriptor[] = { //...... //原本的报告描述符 //...... 0x05, 0x01, // USAGE_PAGE (Generic Desktop) 0x09, 0x06, // USAGE (Keyboard) 0xA1, 0x01, // COLLECTION (Application) 0x85, 0x02, // REPORT_ID (2) 0x05, 0x07, // USAGE_PAGE (Keyboard) 0x19, 0xE0, // USAGE_MINIMUM (Left Control) 0x29, 0xE7, // USAGE_MAXIMUM (Right GUI) 0x15, 0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0) 0x25, 0x01, // LOGICAL_MAXIMUM (1) 0x75, 0x01, // REPORT_SIZE (1) 0x95, 0x08, // REPORT_COUNT (8) 0x81, 0x02, // INPUT (Data, Var, Abs) 0x95, 0x01, // REPORT_COUNT (1) 0x75, 0x08, // REPORT_SIZE (8) 0x81, 0x03, // INPUT (Const, Var, Abs) 0x95, 0x06, // REPORT_COUNT (6) 0x75, 0x08, // REPORT_SIZE (8) 0x15, 0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0) 0x25, 0x65, // LOGICAL_MAXIMUM (101) 0x05, 0x07, // USAGE_PAGE (Keyboard) 0x19, 0x00, // USAGE_MINIMUM (No Event) 0x29, 0x65, // USAGE_MAXIMUM (Keyboard Application) 0x81, 0x00, // INPUT (Data, Ary, Abs) 0xC0, // END_COLLECTION }; 添加了报告描述符后，安装一下看下效果，安装的方法是，在管理员权限的cmd中，执行以下命令
devcon.exe install "VhidminiUm.inf" rootVhidminiUm 或者
devgen.exe /add /bus root /hardwareid rootVhidminiUm pnputil /add-driver "VhidminiUm.inf" /install 以上两种方式都是创建一个硬件ID为rootVhidminiUm的设备，然后将我们编译的驱动安装到设备上。devcon和devgen可以在WDK的工具目录下找到，pnputil是全局安装的内置工具。因为这是一个UMDF驱动程序，所以不要进入测试模式也可以安装。
安装完成后可以在设备管理器看到一个HID minidriver设备，在它下面有一个键盘设备和一个Vendor-defined设备，对应HID报告描述符中的两个顶级集合。
第二步 修改IOCTL_HID_READ_REPORT请求的处理函数
现在，这个键盘设备还不会上报任何按键。要让键盘设备上报按键，需要在IOCTL_HID_READ_REPORT请求的处理函数中提供正确的HID报告。
根据HID报告描述符，HID报告包含报告ID在内应该有9个字节
| byte(s) | description |
|---|---|
| 0 | 报告ID(2) |
| 1 | 每个bit代表一个控制键，1表示按下 |
| 2 | 保留 |
| 3~8 | 每个字节表示一个按下的按键 |
例如，下面这个HID报告表示'A'键处于按下状态
[0x02, 0, 0, 0x04, 0, 0, 0, 0, 0] 在接收到IOCTL_HID_READ_REPORT请求的时候，把上面的数据复制到输出缓冲区，就可以模拟'A'键按下的状态。在后续的IOCTL_HID_READ_REPORT请求中，我们再将下面的数据复制到输出缓冲区，就可以模拟'A'键抬起的状态
[0x02, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] 在原始的示例代码中，IOCTL_HID_READ_REPORT请求没有直接在处理函数中进行处理，而是传递给另一个请求队列，然后由一个定时器去轮询，当这个队列中有请求时就处理这个请求。这模拟的是真实设备中：
- 请求达到时设备还没有准备好数据，请求处理未完成状态
- 一定时间后（也就是定时器到期后），数据准备好了，填充数据，完成请求
改造后的虚拟HID键盘设备中，这个逻辑可以保留，也可以删除。
- 如果保留的话，将定时器的处理函数EvtTimerFunc修改为
void EvtTimerFunc( _In_ WDFTIMER Timer ) { NTSTATUS status; WDFQUEUE queue; PMANUAL_QUEUE_CONTEXT queueContext; WDFREQUEST request; HIDMINI_KBD_INPUT_REPORT readReport; KdPrint(("EvtTimerFuncn")); queue = (WDFQUEUE)WdfTimerGetParentObject(Timer); queueContext = GetManualQueueContext(queue); // // see if we have a request in manual queue // status = WdfIoQueueRetrieveNextRequest( queueContext->Queue, &request); if (NT_SUCCESS(status)) { memset(&readReport, 0, sizeof(readReport)); readReport.ReportId = 2; readReport.Data[2] = 0x04; //'A'键 status = RequestCopyFromBuffer(request, &readReport, sizeof(readReport)); WdfRequestComplete(request, status); } } 其中，_HIDMINI_KBD_INPUT_REPORT是在common.h中新增的结构体，用来表示键盘设备的HID输入报告，代码如下
typedef struct _HIDMINI_KBD_INPUT_REPORT { UCHAR ReportId; UCHAR Data[8]; } HIDMINI_KBD_INPUT_REPORT, * PHIDMINI_KBD_INPUT_REPORT; - 如果不需要这个定时器逻辑的话，就将ReadReport函数改为
NTSTATUS ReadReport( _In_ PQUEUE_CONTEXT QueueContext, _In_ WDFREQUEST Request, _Always_(_Out_) BOOLEAN* CompleteRequest ) { NTSTATUS status; HIDMINI_KBD_INPUT_REPORT readReport; UNREFERENCED_PARAMETER(CompleteRequest); KdPrint(("ReadReportn")); memset(&readReport, 0, sizeof(readReport)); readReport.ReportId = 2; readReport.Data[2] = 0x4; status = RequestCopyFromBuffer(Request, &readReport, sizeof(readReport)); return status; } 修改完代码后，再次安装，就会发现，彷佛有一个键盘一直在长按'A'键。
第三步 使用客户端控制按键的状态
现在这个驱动一旦安装之后，就会马上按下'A'键，并且不会抬起，因此需要一个客户端来控制按哪个键，什么时候按下，什么时候抬起。
原来的代码定义了一个vendor defined设备，这个设备的输出报告中可以传递一个字节的数据，那么客户端就可以利用这个字节将需要按下的HID键码发送给设备。如果要控制多个按键的话，就需要修改这个输出报告，本文先讨论单个按键的情况。
客户端通过IOCTL_HID_WRITE_REPORT请求将输出报告发送到设备，输出报告携带了一个字节的数据，在该请求的处理函数WriteReport中，这个字节的数据被保存到了设备上下文的自定义字段中，代码如下
QueueContext->DeviceContext->DeviceData = outputReport->Data; 这是原始的代码，不需要修改，需要修改的是第二步中IOCTL_HID_READ_REPORT请求的处理函数，将固定填充'A'键键码的代码，改成用DeviceData来填充
readReport.Data[2] = QueueContext->DeviceContext->DeviceData; 这样一来，客户端向设备发送哪个键的HID键码，设备就会模拟哪个键的按下，客户端如果发送0，设备就会模拟按键抬起。
下面是一个用WPF实现的客户端的代码，这个客户端实现的功能是
- 当按下Alt+字母键的组合键时，让虚拟设备模拟该字母键长按
- 当按下Alt+F1的组合键时，让虚拟设备模拟按键抬起
using System.ComponentModel; using System.Runtime.InteropServices; using System.Windows; using System.Windows.Input; using System.Windows.Interop; using HidSharp; namespace VirtualHidKbdClient { /// <summary> /// Interaction logic for MainWindow.xaml /// </summary> public partial class MainWindow : Window { private const int AltKeyEventId = 9000; private bool PressedKey = false; private HidStream _stream; [DllImport("user32.dll")] public static extern uint MapVirtualKey(uint uCode, uint type); [DllImport("user32.dll")] public static extern bool RegisterHotKey(IntPtr hWnd, int id, uint fsModifiers, uint vk); [DllImport("user32.dll")] public static extern bool UnregisterHotKey(IntPtr hWnd, int id); public MainWindow() { InitializeComponent(); SourceInitialized += MainWindow_SourceInitialized; } private void MainWindow_SourceInitialized(object? sender, EventArgs e) { var handle = new WindowInteropHelper(this).Handle; var source = HwndSource.FromHwnd(handle); source?.AddHook(HwndHook); //注册Alt+F1和Alt+字母键的全局快捷键 for (int i = (int)Key.A; i <= (int)Key.Z; i++) { RegisterHotKey(handle, AltKeyEventId, (uint)ModifierKeys.Alt, (uint)KeyInterop.VirtualKeyFromKey((Key)i)); } RegisterHotKey(handle, AltKeyEventId, (uint)ModifierKeys.Alt, (uint)KeyInterop.VirtualKeyFromKey(Key.F1)); //找到虚拟设备下面的vendor defined设备 var devices = DeviceList.Local.GetHidDevices(0xDEED, 0xFEED); foreach (var d in devices) { Console.WriteLine(d.DevicePath); } var device = devices.FirstOrDefault(d => !d.DevicePath.EndsWith("kbd")); _stream = device.Open(); } private IntPtr HwndHook(IntPtr hwnd, int msg, IntPtr wParam, IntPtr lParam, ref bool handled) { const int wmHotkey = 0x0312; switch (msg) { case wmHotkey: switch (wParam.ToInt32()) { case AltKeyEventId: var lp = lParam.ToInt32(); var virtualKey = lp >> 16; var key = KeyInterop.KeyFromVirtualKey(virtualKey); //虚拟键码到HID键码的转换，字母键是连续的，所以可以简单写成这样 var hidKey = virtualKey - 61; var charKey = (char)MapVirtualKey((uint)virtualKey, 2); if (key == Key.F1 && PressedKey) { _stream.Write([1, 0]); MessageBox.Show($"cancel long press"); PressedKey = false; } else if(key != Key.F1 && !PressedKey) { PressedKey = true; _stream.Write([1, (byte)hidKey]); MessageBox.Show($"long press {charKey}"); } break; } break; } return IntPtr.Zero; } protected override void OnClosing(CancelEventArgs e) { base.OnClosing(e); var handle = new WindowInteropHelper(this).Handle; //关闭窗口时取消注册 UnregisterHotKey(handle, AltKeyEventId); //关闭窗口时控制虚拟设备按键抬起 _stream.Write([1, 0]); _stream.Close(); } } } 最后的效果如下
![洛谷 P11345 [KTSC 2023 R2] 基地简化 题解](http://www.itfaba.com/wp-content/themes/kemi/timthumb.php?src=http://www.itfaba.com/wp-content/themes/kemi/img/random/3.jpg&w=218&h=124&zc=1)
