| | | | | | | [文章信息] | | | 作者: | 赵永华 | | 时间: | 2004-04-01 | | 出处: | yesky | | 责任编辑: | 方舟 | |
| [文章导读] | | | 编写硬件设备驱动程序一直是一种具有很强挑战性的复杂工作 | |
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编写硬件设备驱动程序一直是一种具有很强挑战性的复杂工作，即便是编写过具有相当难度Win32程序的开发人员，在编写设备驱动程序时也必须去应对种种不适，需要"洗脑"。编写设备驱动程序很象在执行一项艰巨的任务：没有窗口、没有消息需要处理，很难对源代码进行调试设置，几乎所有支持库都无法调用；更糟的是，由于设备驱动程序属于操作系统的信任部分，于是很容易伤害系统，对此开发人员却往往缺乏一种保护手段去防止进程和Windows系统被损。
WDM（Windows driver model）是微软为开发人员提供的一种编写运行在Windows平台下新硬件驱动程序的有效方法，此即所谓的Windows驱动程序模型。WDM提供了设备类（device classes），由此形成的源代码可以运行在各类Windows平台：Win XP/2000/Me/98。需要指出的是，职业开发人员往往使用的是更有深度的DDK，它除了可以开发WDM类型的驱动程序外，还可以开发非WDM类型Windows驱动程序。
WDM是一种便捷式的编程技术，它使开发人员写出的驱动程序可以跨平台运行，支持编写微软所支持的WDM 总线驱动程序，在WDM中"总线"（Bus）的概念是一种附加在其它设备（包括物理设备、逻辑设备、虚拟设备）上的设备协议，例如Windows XP内置的WDM技术支持的总线类型包括：PCI(Peripheral Component Interconnect)、动态式即插即用串行I/O总线（如USB和IEEE 1394）、SCSI(Small Computer System Interface)、NDIS(Network Driver Interface Specification)以及远程式NDIS (RNDIS)。
新版WDM中的RNDIS属于新内容：如简化了对网络设备硬件的开发，减弱了网络设备对驱动程序的依赖性，使最终用户对网络设备的设置安装更简便。WDM新版中对设备的支持主要包括：USB设备类，比如其中的类HID（Human Interface Device）；数码相机/扫描仪；通过IEEE 1394标准的视频捕捉设备；音频；控制调制解调器的WinModem。在WDM 类代码中提供的port/miniport 驱动范式，支持第三方厂商为其特殊设备编写"迷你型"驱动minidriver。Windows DDK其实是建立在WDM基础之上，它提供了：Driver Verifier 及 Windows Hardware Compatibility Tests测试工具；被WHQL（Windows Hardware Quality Labs）所识别的第三方驱动程序等集成环境。
WDM驱动程序的三种类型
WDM支持的驱动程序具有分层结构，换言之，对于一种设备而言，它可以具有三种类型的drivers：总线driver，或者函数driver，或者过滤式驱动程序（它可以假定或修正设备的行为值）。为一台设备服务的这些驱动程序链就是所谓驱动程序栈。一个驱动程序栈分阶段地处理用户的请求，这些驱动程序一个个相互叠加在一起，低层的总线驱动程序可用于处理与硬件的所有基本联系，而中间的类驱动程序对整个一类驱动程序提供共同的设施。
微软提供了针对Windows的总线驱动程序，并为第三方设备开发商提供有关服务，如枚举设备、对即插即用和I/O所需电源的管理，并提供了独立于设备管理方式。设备开发商更多地是提供函数式驱动，其基本内容包括：对设备的操作界面，对设备的读写句柄，对设备电源的管理策略。过滤式驱动程序安装在驱动栈一个或多个设备之上或下端，它可以截获设备、或设备类、或总线的请求，判断这些请求，并可以修改其内容或对其进行响应，例如USB键盘的高层过滤驱动程序可以增强加密检查，而适用于鼠标的低层类过滤有助于提高鼠标性能。
函数式驱动是这样一种结构：属于某类设备的常规执行可以通过其类驱动实现，即是说驱动程序在开发时，开发人员的工作只需要写出非常少的驱动代码minidriver去与硬件打交道，大部分工作可以通过调用类驱动完成。微软提供的类驱动可以实现常见的系统任务，比如即插即用和电源管理。WDM class drivers主要内容包括：
（1）流式类驱动，以内核模式支持多媒体内容；
（2）具有支持输入设备的HID类驱动；
（3）USB 和 IEEE 1394总线类驱动；
（4）支持串行和并行方式的存储协议。
Windows支持WDM驱动的各个系统内核组件包括：
（1）Kernel组件，指基本的同步、性能计算和及时、延缓与IRQ控制；
（2）Object Manager组件，对象说明；
（3）Executive执行组件，内存分配、互锁及列项操作；
（4）I/O 管理组件，包括I/O IRP（Request Packet）控制，设备对象，工作项目，注册表访问，系统状态提示，DMA及中断；
（5）内存管理，虚拟到物理内存映像，物理内存托管和锁定，驱动程序映像内存锁定，机动I/O空间；
（6）处理服务，系统线程生成和删除；
（7）Run-time Library，大容量外存，Unicode和数据类型转换；
（8）电源管理，电源状态改变，电源IRP控制，设备空闲检测；
（9）即插即用子系统，硬件检测和资源分配，PnP（Plug and Play） IRP控制以及硬件事件；
（10）WMI(Windows Management Instrumentation),用于支持设备测试以及检测指示数据的支撑结构；
（11）内核式流，是连接流数据设备的支撑结构；
（12）硬件提取层，提取平台，访问和调用I/O端口及内存映像设备。
电源管理可以是系统级或设备级，前者可以请求整个系统关闭。系统电源有六种状态：不可完全开启、完全关闭、三种休闲状态和一种休眠状态。设备级电源管理则有四种状态：完全开启、完全关闭，加两种休眠状态。一个设备可自行关闭，即使系统其它部分正全速运行。
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