摘要：介紹了WindowsNT下設備驅動程序的開發(fā)環(huán)境，一種模塊化的設計方法，應用程序與驅動程序之間的同步以及驅動程序的安裝。

關鍵詞：WindowsNT;設備驅動程序;Event對象?

1引言

WindowsNT/2K以其形象直觀的界面、簡單方便的操作，基本上已經(jīng)取代DOS成為測控軟件的操作平臺。又因為WindowsNT/2K出于安全性、穩(wěn)定性的考慮，為了防止用戶應用程序訪問和更改重要的操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)，WindowsNT/2K使用兩種“處理器訪問模式”：用戶態(tài)和核心態(tài)。在用戶態(tài)，應用程序不能直接對硬件進行訪問和操作；而在核心態(tài)中，程序對任何I/O設備有全部的訪問權，還能訪問任何虛地址和控制虛擬內(nèi)存硬件。為了使用戶態(tài)的程序訪問和操作硬件，必須通過某種機制，也就是使用設備驅動程序跨越操作系統(tǒng)的邊界對物理硬件進行訪問操作。同時提供一些控制接口，進而用戶態(tài)的應用程序利用設備驅動程序提供的接口間接地對物理硬件進行訪問操作。

2設備驅動程序的開發(fā)環(huán)境

安裝4種軟件：MicrosoftVisualC++6.0、PlatformSDK(SoftwareDevelopKit)forWindowsNT、DDK(DeviceDevelopKit)forWindowsNT、DriverStudio2.0。然后進行一些系統(tǒng)環(huán)境變量的設置：

(1)變量名：MSTOOLS，值：SDK在操作系統(tǒng)中的安裝路徑(如：C:mstools)；

(2)變量名：CPU，值：i386；

(3)變量名：BASEDIR，值：DDK在操作系統(tǒng)中的安裝路徑(如：C:NTDDK)。

在開發(fā)驅動程序時，首先要生成DriverStudio需要的庫文件vdw.lib(通過編譯DriverStudio安裝目錄下＼DriverWorks＼Source＼vdw.dsw)。然后運用DriverStudio2.0生成一個編程框架，并刪除DriverStudio所生成的編程框架中的所有文件，就可以在這個框架中編寫自己的設備驅動程序；編寫完以后可以直接在VisualC++6.0下Build生成設備驅動程序*.sys。

3模塊化驅動程序的編寫

3.1設備驅動程序包括的幾大模塊

設備驅動程序管理實際數(shù)據(jù)傳輸和控制物理設備的操作，包括開始和完成I/O操作、處理中斷和執(zhí)行設備要求的任何操作。

一般通用的設備驅動程序可以分為主要4個模塊：初始化例程、卸載例程、驅動程序和應用程序之間的數(shù)據(jù)交換例程、中斷服務例程。

3.1.1初始化例程(DrvierEntry)?

是驅動程序的入口。在這個例程中主要包括以下步驟：?

(1)初始化Driver對象；?

(2)調(diào)用IoCreateDevice創(chuàng)建一個Device對象，并通過調(diào)用IoCreateSymbolicLinks使設備對Win32子系統(tǒng)可見；

(3)初始化Device對象的DeviceExtension；?

(4)查找和分配驅動程序要管理的任何硬件；?

(5)把一個設備連接到一個Interrupt對象，如果需要并初始化驅動程序的DPC對象。?

3.1.2卸載例程(DriverUnload)

它與驅動程序的初始化例程剛好相反。

(1)把與設備連接的Interrupt對象斷開。一旦Interrupt對象消失，設備不產(chǎn)生任何中斷請求，這是最重要的；

(2)釋放驅動程序所占用的任何系統(tǒng)資源；

(3)使用IoDeleteSymbolicLink從Win32名字空間刪除設備，并用IoDeleteDevice刪除Device對象自身。

3.1.3驅動程序與應用程序之間的數(shù)據(jù)交換例程

首先簡單介紹一下I/0請求包(IRP)：IRP是I/O系統(tǒng)用來存儲I/O請求信息的地方。IRP由兩部分組成：固定部分(稱作標題)和一個或多個堆棧單元。固定部分信息包括：請求的類型和大小、同步請求還是異步請求，用于緩沖I/O的指向緩沖區(qū)的指針和由于請求的進展而變化的狀態(tài)信息；IRP的堆棧單元包括一個功能碼、功能特定參數(shù)和一個指向調(diào)用者文件對象的指針。

應用程序與驅動程序交換數(shù)據(jù)主要是由Win32CreateFile、CloseHandle、ReadFile、WriteFile和DeviceIoControl函數(shù)發(fā)出請求，接著I/O管理器把這些請求轉化為叫做I/O請求包(IRP)的數(shù)據(jù)結構形式，再由I/O管理器把這些I/O請求包發(fā)送到驅動程序。數(shù)據(jù)交換例程的主要作用是接收I/O管理器所發(fā)出的IRP，然后解析這些IRP，從而得知IRP從應用程序傳遞過來的數(shù)據(jù)。解析IRP主要是運用C語言的switch語句，根據(jù)IRP的堆棧單元中的參數(shù)(如IRP_MJ_CREATE、IRP_MJ_READ、IRP_MJ_DEVICE_CONTROL等)進行不同的處理。最后IRP的完成處理也非常重要，它要做的是返回系統(tǒng)，完成一個I/O請求的信息，系統(tǒng)根據(jù)返回的信息釋放IRP，以便使系統(tǒng)順利進行下一個IRP的處理。這里需要說明的是這個例程只是完成了數(shù)據(jù)從應用程序到驅動程序的傳遞，而沒有進行任何實際的設備操作。

3.1.4中斷服務例程

中斷服務例程主要是進行直接的任何設備的操作。驅動程序與應用程序之間的數(shù)據(jù)交換例程只完成了數(shù)據(jù)從用戶空間到核心空間的傳遞，而中斷服務例程根據(jù)傳遞過來的數(shù)據(jù)，直接對I/O端口進行訪問操作。

3.2設備驅動程序的模塊化實現(xiàn)

每個NT內(nèi)核模式驅動程序，不管它的用途是什么，都必須顯露一個叫做DriverEntry的例程，也就是設備驅動程序的初始化例程。它是驅動程序的入口點，DriverEntry是一個公認的名字(任何內(nèi)核驅動程序的入口點必須用這個名字，不能改變)，有了這個公認的名字，I/O管理器就能順利地為每個驅動程序找到入口點并對其進行初始化。

一些函數(shù)聲明：

∥初始化Driver對象?

VOIDInitializeDriverObject(INPDRIVER_OBJECTDriverObject);?

∥創(chuàng)建一個Device對象和使設備對Win32子系統(tǒng)可見?

NTSTATUSCreateDevice(INPWSTRDriverName,?

INDRIVER_TYPEDriverType,?

INPDRIVER_OBJECTDriverObject,?

OUTPDEVICE_OBJECT*DeviceObject);?

∥初始化DeviceExtension?

VOIDInitializeDeviceExtension(INPDEVICE_OBJECTDeviceObject,?

INPDEVICE_EXTENSIONDeviceExtension);?

∥查找并給設備分配資源?

NTSTATUSQueryAndAllocateHardware(INPUNICODE--STRINGpath,?

INPDEVICE_OBJECTDeviceObject);?

∥連接一個中斷?

NTSTATUSDriverConnectInterrupt(?

INPDEVICE_EXTENSIONDeviceExtension);?

如果以上幾個函數(shù)中，有函數(shù)返回不成功的狀態(tài)值時，一定要刪除在調(diào)用這個函數(shù)之前創(chuàng)建成功的，可能是以下3個中的1個和多個：創(chuàng)建的Device對象、Win32名字空間的設備和給設備分配的系統(tǒng)資源。[!--empirenews.page--]

NTSTATUSDriverEntry(INPDRIVER_OBJECT

}

4應用程序與驅動程序之間的同步

一般在設備驅動程序中用中斷服務例程來訪問和操作硬件設備，它利用應用程序傳遞過來的數(shù)據(jù)進行中斷操作。為了保證外界設備正常工作，在驅動程序中一定要有一個緩沖區(qū)來存儲一定數(shù)量的數(shù)據(jù)。例如在數(shù)控加工中，讓機床切一個圓，必須保證機床在切這個圓時的動作連續(xù)，如果沒有一個緩沖區(qū)存儲一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，就有可能出現(xiàn)驅動程序等待應用程序傳遞數(shù)據(jù)，從而造成機床的暫時停頓。然而如果在驅動程序中開一個緩沖區(qū)來存儲數(shù)據(jù)，也會產(chǎn)生一個問題：應用程序傳遞的數(shù)據(jù)與這些數(shù)據(jù)的執(zhí)行之間有一定的時間差，導致應用程序不知道設備正在進行什么操作。為了解決這個問題，也就是要保證應用程序與驅動程序之間的同步。有了這個同步信號，可以讓應用程序了解設備正在進行何種操作。解決同步問題可以用Event對象。

具體方法：在驅動程序中創(chuàng)建內(nèi)核的Event對象，但是又因為驅動程序和應用程序分別運行于核心層和用戶層，因此他們之間要看到對方定義的事件相對比較困難，必須要有一個專門的事件名存放空間。這里有一個命名方法可以使用戶層和核心層都可看到Event對象，事件命名應為L＼BaseNamedObjects＼xxx形式。

在核心層用IoCreateNotificationEvent創(chuàng)建一個Event對象，用KeSetEvent把Event對象設置為Signal。用戶層用OpenEvent創(chuàng)建Event對象，這個Event對象名一定要與在核心層創(chuàng)建的Event對象名一樣，然后用戶層用WaitForSingleObject等待Event對象的狀態(tài)為Signal，一旦Event對象的狀態(tài)為Signal，讓應用程序訪問一次驅動程序，從而可以讓應用程序知道設備正在進行的操作，保證應用程序與驅動程序之間的同步。

5設備驅動程序的安裝

設備驅動程序的安裝可以分為：手動安裝、非標準驅動程序的最終用戶安裝和標準驅動程序的最終用戶安裝。這里主要介紹前兩種方法。

5.1手動安裝

主要用于驅動程序的開發(fā)過程中，主要執(zhí)行以下的基本步驟：

(1)把編譯好的*.sys文件拷貝到系統(tǒng)的%SystemRoot%＼system32＼drivers目錄下。?

(2)在注冊表中加入合適的項：

(3)使用控制面板中的Device應用小程序啟動驅動程序。?

5.2非標準驅動程序的最終用戶安裝?

主要是使用下面一些Win32API調(diào)用建立自己的安裝程序：?

(1)CopyFile把驅動程序文件(包括一些自己定義的參數(shù)文件)拷貝到指定的目錄。

(2)RegCreateKeyEx和RegSetValueEx在Registry中建立驅動程序需要的鍵和值。?

(3)CreateService和StartService創(chuàng)建和啟動驅動程序。?

(4)OpenService和DeleteService來卸載驅動程序。?

6結論

通過模塊化的方法介紹了驅動程序的寫法、驅動程序的開發(fā)環(huán)境和安裝，給讀者一個清晰的驅動程序的開發(fā)過程，有助于初學者快速抓住驅動程序開發(fā)的框架。