任我行

很久沒有網了，出了一段時間的差，近來，莫名的就有點郁悶！前不久在大富翁上發了一份帖子是關于delphi程序員的發展，大家的反應并不都是很好。于是開始覺得可以考慮換個方向。以前我是做MIS開發的。換哪個方向呢？人越多的方向，好像越是沒有前途。想想當初上大學，那可是越多人考的學校，學費越貴啊！可現在的職業呢？越多人干的事，越是沒有前途了。考慮來考慮去，決定學習一下驅動程序的開發吧！于是從網上查找了一些資料，看的懂的覺得蠻不錯適合我這種小學生的就貼了出來，算是學習筆記吧！

用戶模式與內核模式

從Intel80386開始，出于安全性和穩定性的考慮，該系列的CPU可以運行于ring0~ring3從高到低四個不同的權限級，對數據也提供相應的四個保護級別。運行于較低級別的代碼不能隨意調用高級別的代碼和訪問較高級別的數據，而且也只有運行在ring0層的代碼可以直接對物理硬件進行訪問。由于WindowsNT是一個支持多平臺的操作系統，為了與其他平臺兼容，它只利用了CPU的兩個運行級別。一個被稱為內核模式，對應80x86的ring0層，是操作系統的核心部分，設備驅動程序就是運行在該模式下；另一個被稱為用戶模式，對應80x86的ring3層，操作系統的用戶接口部分（就是我們通常所說的win32 API）以及所有的用戶應用程序都運行在該級別。操作系統對運行在內核模式下的代碼是不設防的，所以不管是建設還是破壞內核模式下的編程都是值得去研究的。

圖1-WIN2000系統的分層結構

在物理硬件與系統核心之間有一個硬件抽象層（HardwareAbstractionLayer），它屏蔽了不同平臺硬件的差異，向操作系統的上層提供了一套統一的接口。從圖中我們還可以看到，設備驅動程序（DeviceDriver）是被I/O管理器(I/OManager)包圍起來的，即驅動程序與操作系統上層的通信全部都要通過I/O管理器。這給驅動程序的編寫帶來了很大的便利，因為很多諸如接收用戶的請求、與用戶程序交換數據、內存映射、掛接中斷、同步等等麻煩的工作都由I/O管理器代勞了。

驅動程序的分類

驅動程序并不像所有人想的那樣一定要和硬件打交道，我粗略的把他分為兩類：硬驅動和軟驅動。硬驅動就是對硬件直接編程進行控制，這類驅動通常必須遵守硬件的通信協議，直接對硬件進行端口訪問、中斷響應、DMA傳輸。它包括：串、并行口，鍵盤，文件系統，SCSI，網絡等驅動程序；另外一種軟驅動呢？不需要直接對硬件就行操作。我認為他可以理解為它是在硬驅動之上的一層更為高級的驅動。我想學習的主要是軟驅動。

一般來說，設備驅動程序的任務主要有兩個：第一，接受來自用戶程序的讀寫請求，把用戶的數據傳送給設備，或把從設備接收到的數據傳送給用戶；第二，輪詢設備或處理來自設備的中斷請求，完成數據傳輸。

驅動程序的結構

在這里，我主要介紹WDM的結構。WDM(Windows driver module)是什么東西呢？在Windows98\95下面，也許你聽得最多的是VXD，我只知道VXD是一種驅動程序，和WDM差不多的東西。只是因為Windows2000是WindowsNT那條線過來的東西，要加上兩個主要的新功能：即插即用（Plug and Play）和電源管理（Power Menage），又不能用Windows98\95那一套，所以就搞出一個叫WDM這么個東西，來支持PNP和PM.。其實想想，現在的技術名詞還不是一般的多啊！總之wdm大家都叫它windows驅動程序模型。

Windows2000里有叫即插即用管理器和I\O（此I\O非彼I\O端口）管理器的兩個東西。比如說我在機器上插了一張符合PCI規范的PCI卡。即插即用管理器會發現這張卡插在第N個插槽上，然后即插即用管理器會說它找到了這樣一張卡，它就去找有沒有現成的驅動程序，如果沒有找到，它會告訴我們，我找到了這樣一張卡，請你插入這張卡的驅動程序盤。好，我們就把驅動程序盤給它，即插即用管理器會去找驅動程序盤上的INF文件，找到后它會比較PCI卡上的標志和INF文件里的標志是否相同，如果相同，它就會依照INF文件里提供的路徑去找驅動程序，找到之后就可以交給I\O管理器，I\O管理器會裝載這個驅動程序。I\O管理器在做了一些接口的工作后，即插即用管理器會先分配好相關的資源給PCI卡，比如說I\O端口空間、內存空間和中斷向量，然后告訴這張卡的驅動程序，我給你分配了這些資源，你看怎么的。如果你沒有怎么的或不敢怎么的，那就趕快記下這些資源，以備后用。
    下面說I\O管理器這個東西。上面我們講到I\O管理器裝載這個驅動程序，驅動程序有一個大門，還有N多的小門。I\O管理器先從大門進去（因為I\O管理器只找得到大門，I\O管理器是不是很傻，NO，當然有它的道理，你別問我：I\O管理器怎么找到大門的？驅動程序無非就是一些文件，I\O管理器把這么些文件加載到系統中去），去找一樣東西：進小門的地圖。我們要在大門進去的房間里放這張地圖（驅動程序都是我們造的，我們當然有驅動程序的地圖啦）。I\O管理器找到了地圖，就可以自由進出大小門了。———這些大小門說白了就是函數（不要問我函數是什么東東），小門的地圖就是函數的地址。I\O管理器知道了這些函數的地址，當然就可以調用這些函數啦。還有一個叫IRP的東西，中文名叫I\O請求包。我們這樣來理解它：在用戶的應用程序這一端，要和驅動程序對話，它們之間不是簡單的調用函數（至于為什么，我現在也不知道），應用程序和驅動程序之間有I\O管理器隔著，應用程序對驅動程序的操作，首先由I\O管理器處理成一個包，這個包里面有應用程序請求的操作內容、傳送的數據等等一些東西，然后I\O管理器把這個包扔給驅動程序，驅動程序依照包里的請求，完成操作，把該回傳的數據放進包里，再把包扔還給I\O管理器，I\O管理器再把數據返回給應用程序。——這里所說的包，就是IRP。
    這里說的只是WDM結構的一部分，但是有了這一部分知識，其它部分就不難懂了。通過上面的介紹你看見了什么。你可以想象得出驅動程序是什么樣子的嗎？我是這樣想的。驅動程序好像就是一個函數庫，只不過在大門的地方放了一張地圖。而這個大門與地圖我們見到過嗎？好像有點像dll文件呢。在早些時候我學dll的時候，我就只會用dll來存放函數。