Windows 2000內核模式驅動(dòng)程序設計

摘要：介紹了Windows2000驅動(dòng)程序模型的基本結構、設計和開(kāi)發(fā)的基本問(wèn)題。并以PCI接口的ATM信令接口卡開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序部分為例，簡(jiǎn)單介紹了驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的方法和步驟．并介紹了驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境的設置及編譯方法。這種內核模式驅動(dòng)程序設計的開(kāi)發(fā)過(guò)程得到了簡(jiǎn)化，并降低了其復雜性。

關(guān)鍵詞：Windows2000；驅動(dòng)程序模型；ATM信令接口

0引言

設備驅動(dòng)程序是直接同硬件打交道的軟件模塊。在Windows2000中，微軟公司在WindowsNT4．0的驅動(dòng)程序結構基礎上，同時(shí)引入了Windows9X的即插即入特性，推出了新的驅動(dòng)程序結構模式（WDM）。WDM通過(guò)提供一種靈活的方式來(lái)簡(jiǎn)化驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，在實(shí)現對新硬件支持的基礎上減少并降低所必須開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序的數量和復雜性。在Windows2000中的驅動(dòng)程序可以分為2大類(lèi)：用戶(hù)模式驅動(dòng)程序和內核模式的驅動(dòng)程序。用戶(hù)模式驅動(dòng)程序是與子系統特定相關(guān)的，它包含了Win32多媒體驅動(dòng)程序、支持MS－DOS應用程序的虛擬設備驅動(dòng)程序VDD（VirtualDeviceDriver）。內核模式驅動(dòng)程序有3種基本類(lèi)型，每一種都有稍微不同的結構和完全不同的功能，即最高層驅動(dòng)程序（如文件系統驅動(dòng)程序（FSD））、中間層驅動(dòng)程序（例如虛擬磁盤(pán)、鏡像或設備類(lèi)型特定的外圍設備）、底層驅動(dòng)程序（例如PnP硬件總線(xiàn)驅動(dòng)程序）。在Windows2000操作系統下的驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)分為3個(gè)主要的領(lǐng)域：WDM驅動(dòng)程序、文件系統驅動(dòng)程序和小端口驅動(dòng)程序，見(jiàn)圖1。其中小端口驅動(dòng)程序針對的是顯示設備、SCSI和網(wǎng)絡(luò )設備等特定領(lǐng)域；文件系統驅動(dòng)程序針對的是存儲設備；WDM驅動(dòng)程序針對的則是計算機應用系統開(kāi)發(fā)所面對的大多數情況。本文我們討論了WDM內核模式的驅動(dòng)程序設計的一般問(wèn)題，雖然其他類(lèi)型驅動(dòng)程序與WDM內核模式驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)有所不同，但只要掌握了WDM內核模式驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的基礎，結合2種基本類(lèi)型的本身特點(diǎn)，就能夠很快掌握設計方法。

1WDM的基本原理

WDM是一個(gè)模塊化的、分層次類(lèi)型的微型驅動(dòng)程序結構，層次結構如圖2所示，其中左邊是一個(gè)設備對象堆棧，右邊為驅動(dòng)程序的分層結構。在WDM驅動(dòng)程序模型中，每個(gè)硬件至少要包含功能驅動(dòng)程序和總線(xiàn)驅動(dòng)程序2個(gè)層?？偩€(xiàn)驅動(dòng)程序為總線(xiàn)上發(fā)現的每個(gè)設備創(chuàng )建物理設備對象PDO，每個(gè)功能設備驅動(dòng)程序創(chuàng )建自己的功能設備對象FDO。在驅動(dòng)程序中不是直接操作硬件，而是操作相應的PDO與FDO。來(lái)自用戶(hù)模式API的I／O請求包（IRP）送到設備堆棧的最上層驅動(dòng)程序，然后逐漸過(guò)濾到下層的驅動(dòng)程序。每一層驅動(dòng)程序都可以決定如何處理IRP。內核模式的WDM驅動(dòng)程序有著(zhù)可移植性、可配置性、基于對象、包驅動(dòng)等共有的屬性。

用戶(hù)態(tài)程序和內核通過(guò)設備對象訪(fǎng)問(wèn)設備驅動(dòng)程序的設備。WDM驅動(dòng)程序有2種方法提供

Win32程序可用的名稱(chēng)，舊的方法是在驅動(dòng)程序的設備創(chuàng )建時(shí)，通過(guò)函數IoCreate－SymbolicLink創(chuàng )建一個(gè)符號鏈接名，新的方法是使用128位的設備接口標識（GUID）。在驅動(dòng)程序編寫(xiě)中，該GUID可以通過(guò)Windows提供的guidgen．exe工具生成。

2WDM驅動(dòng)程序的結構及設計

內核模式的驅動(dòng)程序不同于常規的應用程序，可以把一個(gè)完整的驅動(dòng)程序看作是一個(gè)容器，它包含許多例程，當操作系統遇到一個(gè)IRP時(shí)，它就調用這個(gè)容器中的例程來(lái)執行該IRP的各種操作。圖3表示了這一概念。在每一個(gè)WDM驅動(dòng)程序中，都必須擁有DriverEntry、AddDevice、DispatchPnP、DispatchPower和DispatchWmi這5個(gè)例程，其他的例程則是可選的。需要對IRP排隊的驅動(dòng)程序一般都有一個(gè)StartIo例程，執行DMA傳輸的驅動(dòng)程序應有一個(gè)AdapterControl例程。大部分能生成硬件中斷的設備，其驅動(dòng)程序都有一個(gè)中斷服務(wù)例程（ISR）和一個(gè)延遲過(guò)程調用（DpcForIsr）例程。驅動(dòng)程序一般都有幾個(gè)支持不同類(lèi)型IRP的分發(fā)例程。WDM驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者的主要任務(wù)就是為如圖3所示的容器選擇，并完成所需要的例程。

當I／O管理器裝入驅動(dòng)程序時(shí)，它調用每個(gè)驅動(dòng)程序必須有的DriverEntry例程，以用來(lái)初始化驅動(dòng)程序范圍的數據結構和資源。一般來(lái)說(shuō)，在DriverEntry例程中通常完成以下功能：①找到所要控制的硬件；②在驅動(dòng)程序對象中設置驅動(dòng)程序的Dispatch－，AddDevice，Startio（如果有）和UN－LOAD（如果有）等分發(fā)例程的程序的入口點(diǎn)；③建立所有驅動(dòng)程序對象或其他系統資源；④返回的NTSTATUS表明驅動(dòng)程序是否成功裝入，并能接收和處理來(lái)自PnP管理器的配置、增加（AddDevice）及啟動(dòng)其設備的請求。對于功能驅動(dòng)程序，AddDevice函數的基本職責是創(chuàng )建一個(gè)設備對象并把它聯(lián)接到以PDO為底的設備堆棧中。分發(fā)（Dispatch）例程是設備驅動(dòng)程序提供的主要函數。當被調用去執行一個(gè)I／O操作時(shí)，Windows2000通過(guò)實(shí)現Dispatch例程來(lái)處理來(lái)自用戶(hù)模式應用程序的請求或來(lái)自系統的其他地方的請求。

一個(gè)完整的驅動(dòng)程序要完成以下工作：初始化；創(chuàng )建與刪除設備；處理應用層程序的打開(kāi)和關(guān)閉句柄的請求；處理應用層程序的輸入／輸出請求；串行化對設備的訪(fǎng)問(wèn)；訪(fǎng)問(wèn)硬件；調用其他驅動(dòng)程序；取消I／O請求；處理可熱插拔設備的加入和刪除事件；電源管理和WMI；對能夠產(chǎn)生中斷的設備進(jìn)行中斷處理。

操作系統使用I／O請求包（IRP）的數據結構與內核模式驅動(dòng)程序通信。IRP是一個(gè)內核對象，它是一個(gè)預先定義的數據結構，帶有一組對它進(jìn)行操作的I／O管理器例程。I／O管理器接收一個(gè)I／O請求后分配并初始化一個(gè)IRP。一個(gè)IRP有一個(gè)固定的首部和可變數目的IRP堆棧單元塊，每個(gè)堆棧單元塊都對應一個(gè)將處理該IRP的驅動(dòng)程序，因此這些堆棧塊至少應與驅動(dòng)程序堆棧中將要處理這一請求的驅動(dòng)程序數目一樣多。每個(gè)I／O請求有一個(gè)主功能代碼（IRP＿M(jìn)J＿XXX），并可能有次功能代碼（IRP＿M(jìn)N＿XXX）。主功能代碼決定了該I／O請求調用的分發(fā)例程的驅動(dòng)程序入口點(diǎn)。分發(fā)例程接收到I／O請求后進(jìn)行如下處理：確認I／O請求的合法性；盡可能在分發(fā)例程中直接完成該I／O請求；如果該請求不能在驅動(dòng)程序的分發(fā)例程中被處理完，驅動(dòng)程序就把這個(gè)請求排進(jìn)隊列，以便以后完成處理。WDM驅動(dòng)程序提供了2種I／O請求排隊的方法：I／O管理器管理的系統排隊和驅動(dòng)程序自己管理的驅動(dòng)程序排隊。