基于Windows2000开发WDM设备驱动程序的方法

摘 要:本文介绍了Windows 2000 WDM驱动程序结构及其原理，给出一个驱动程序的例子

关键词: WDM 驱动程序

1.概述 引入了全新的WDM (Win32 Driver Model)的驱动程序架构，说是新技术，其实早在1997年Microsoft就提出了该项技术并在Windows 98中得到了充分的应用，换句话说，Windows 98也支持WDM。这样WDM就成为了一个跨平台的驱动程序模型不仅如此WDM驱动程序还可以在不修改源代码的情况下经过重新编译后在非Intel平台上运行。

2．WDM设备驱动程序的特点和原理

2.1通用驱动程序

对基本上一样的硬件，因为他们共享一个总线或完成类似的任务，设备驱动程序可以使用这些标准的驱动程序功能，使公共总线的共享容易，且更容易写出新的驱动程序，总线驱动程序，如USB、1394，和类驱动程序。

(1)Win32程序接口： 可以使用Win32函数像访问文件那样访问设备

CreateFile() 、Closehandle()、ReadFile()、WriteFile()、DeviceIoControl（）用于

发出特殊请求，可发送数据给驱动和从驱动得到数据，IOCTL代码可以是预先定义的也可是自己定义的。

(2)创建设备 大多数WDM设备对象都是在PnP管理器中调用AddDevice入口时创建，这个PnP 例程在插入新设备和安装Inf文件时被调用，此后一系列的PnP IRP被发送到驱动程序，指示设备应如何启动和查询它的功能

2.2WDM-的工作原理

WDM是在NT 4.0驱动程序结构上发展起来的，所以它与NT 4.0驱动程序极为相似 ,但是它却有了本质上的提高，比如它支持USB、IEEE 1394、ACPI等全新的硬件标准。 虽然Windows 98与Windows 2000都支持WDM，可是并不意味着Windows 98下的VxD可以在 Windows 2000下运行，而NT下的WDM却可以在Windows 98下运行。不过原先准备在两个平台上同时运行需要编写两个截然不同的驱动程序，而现在只需要编写一个WDM驱动程序就 可以了。同NT 4.0驱动程序一样，WDM驱动程序也是分层的，即不同层上的驱动程序有着不同的优先权，而Windows 9x下的VxD则没有此结构。另外，WDM还引入了功能设备对象 FDO（functional device object）与物理设备对象PDO（physical device object）两 个新概念来描述硬件，一个PDO代表一个真实硬件，在驱动程序看来则是一个FDO 。 另外值得注意的是，一个硬件只允许有一个PDO，但却可以拥有多个FDO，而在驱动程序中我们不是直接操作硬件而是操作相应的PDO与FDO。在Ring-3与Ring-0通讯方面，操作系统为每一个用户请求打包成一个IRP（IO Request Packet）结构，将其发送至驱动程序并通过识别IRP中的PDO来识别是发送给哪一个设备的。另外，在驱动程序的加载方面WDM既不靠驱动程序名称也不靠一个具有某种特殊意义的ID，而是依靠一个128位的GUID来识别驱动程序（Windows下许多东西都是靠此进行识别的）。

2.3　IRP处理

I/O请求包IRP是驱动程序操作的中心，IRP是一个内核对象，它是预先定义好的数据结构，带有一组对它进行操作的I/O管理器例程，I/O管理器接受一个I/O请求，然后将它传送到合适的驱动程序栈中的最高驱动程序之前，分配并处始化一个IRP，每个I/O请求有主功能代码

2.4 IRP参数

比如一个写的I/O请求转换成一个IRP时，I/O管理器填写主要的IRP首部，并构造第一个个栈单元，对写请求来讲，首部包含用户缓冲区信息，而栈单元则包含写的具体参数。如果调用另一个驱动则必须创建下一个栈单元。

一个IRP到栈顶时，使用PIO_STACK_LOCATION

IoGetCurrentIrpStackLocation(

IN PIRP Irp

);IoGetCurrentIrpStackLocation returns a pointer to the caller's stack location in the given IRP。

如决定需要把这个IRP沿设备栈向下传递，使用IoCopyCurrentIrpStackLocationToNext or IoSkipCurrentIrpStackLocation简单的将内容复制到下一个单元，如果要更改下一个栈单元，要使用LOCATION

IoGetNextIrpStackLocation(IN PIRP Irp );

IoGetNextIrpStackLocation gives a higher level driver access to the next-lower driver's I/O stack location in an IRP so the caller can set it up for the lower driver.

可使用IoCallDriver调用下一个驱动程序，当最低一层的驱动处理玩后调用IoCompleteRequest，IRP再向上传递返回用户，当IRP向上传递时也可以每个驱动有机会再处理它，每个驱动要设置IoSetCompletionRoutine挂接一个例程 ，一个驱动不一定要沿着设备栈向下传递IRP，如果自己能处理就就使用IoCompleteRequest完成IrP

2.5 设备接口

用户态使用Win32 CreateFile访问驱动程序，dwShareMode为0时来请求独占内核对象在设备对象DEVICE_OBJECT结构中存储设备的信息，对于与设备的每个交互，相关的DEVICE_OBJECT被传递给驱动的回调例程。，但是开发者可以扩展设备结构，称为设备扩展

在PnP IRP中我们加载设备NTSTATUS Wdm1AddDevice( IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,指向驱动程序的指针 IN PDEVICE_OBJECT pdo指向物理设备的指针)

{ DebugPrint("AddDevice");

status = IoCreateDevice (DriverObject,创建设备

sizeof(WDM1_DEVICE_EXTENSION),

NULL, // No Name

FILE_DEVICE_UNKNOWN,

0,

FALSE, // Not exclusive，TRUE为独占

&fdo返回的新设备对象);

if( !NT_SUCCESS(status)

return status;

IoAttachDeviceToDeviceStack(fdo,pdo);与设备栈挂接

2.6　删除设备

NTSTATUS Wdm1Pnp( IN PDEVICE_OBJECT fdo,

IN PIRP Irp)

PIO_STACK_LOCATION IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);

ULONG MinorFunction = IrpStack->MinorFunction;

if( MinorFunction==IRP_MN_REMOVE_DEVICE)

{

DebugPrint("PnP RemoveDevice"); // disable device interface

IoSetDeviceInterfaceState(&dx->ifSymLinkName, FALSE);

RtlFreeUnicodeString(&dx->ifSymLinkName);

// unattach from stack从设备栈脱离

if (dx->NextStackDevice)

IoDetachDevice(dx->NextStackDevice);

// delete our fdo删除设备

IoDeleteDevice(fdo);

}

CreateFile IRP_MJ_Create WriteFile MJ_WRITE

CloseHandle MJ_CLOSE DeviceIoControl MJ_DEVICEIOCONTROL

ReadFile

MJ_CLOSE所有的分发例程都有相同的函数原型，均需传递一个设备对象的指针和IRP，IRP由IRP首部和一系列的栈单元组成，每个栈单元是一个IO_STACK_LOCATION结构，首部和栈单元指出要作的动作 ，栈中有主要的重要参数如MajorFunction和MinorFunction，每个驱动只认识一个栈单元。

2.7　即插即用

驱动必须有AddDevice例程并处理各种PnP IRP：

IRP_MN_START_DEVICE分配资源并启动一个设备。

IRP_MN_STOP_DEVICE 停止设备进行资源重新分配。

3．具体实现 同许多应用程序一样，WDM驱动程序是PE格式的，但是它却没有WinMain或main这样的入口，取而代之的是DriverEntry：NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, //不同于前面的PDO IN PUNICODE_STRING RegistryPath) { DriverObject- >DriverExtension- >AddDevice = AddDevice; // DriverExtension 中存放着驱动程序扩展信息，包括设备所需要的硬件资源等。 DriverObject- >MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]= RequestCreate; DriverObject- >MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE]= RequestClose; DriverObject- >MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL]= RequestControl; DriverObject- >MajorFunction[IRP_MJ_PNP] = RequestPnp; return STATUS_SUCCESS; } ---- 在DriverEntry驱动程序要向操作系统登记并注册一些消息处理器，而且还要指明是否对驱动程序输入输出的数据进行缓冲，另外还要我们提供一个AddDevice例程来把驱动程序添加到驱动程序堆栈中。其中，IRP_MJ_XXXXX为驱动程序所收到的系统消息，RequestXXXXX为相应的消息处理函数。在客户端程序中，我们一般要采用DeviceIoContro l通过自定义的控制码与驱动程序通信（在VxD中大多也采用这种方式）。看看驱动程序所收到的系统消息，我们不难发现当用户调用DeviceIoControl时操作系统就会向驱动程序发出一条IRP_MJ_DEVICE_CONTROL消息，以触发RequestControl消息处理函数。NTSTATUS RequestControl(IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN PIRP Irp) { PIO_STACK_LOCATION IrpStack; ULONG ControlCode; ULONG InputLength,OutputLength; NTSTATUS status; IrpStack=IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp); //获取当前IRP所在的I/O堆栈 ControlCode=IrpStack- >Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode; //取得控制码 InputLength=IrpStack- >Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength; //取输入缓冲区大小

OutputLength=IrpStack- >Parameters.DeviceIoControl. OutputBufferLength;//取输出缓冲区大小

switch(ControlCode) { case HELLOWDM_IOCTL_HELLO: DbgPrint ("Hello from WDM.\n");//向调试器输出字符串 status=STATUS_SUCCESS; //置返回值 break; default: status=STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST; //输入的控制码不支持 } return CompleteRequest(Irp, status, 0); //调用CompleteRequest通知操作系统完成IRP操作

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4.结束语

本文是笔者在Windows2000下开发网卡驱动程序的一些经验总结，使用Windows2000 DDK开发包和Windows2000 platform SDK ,在VC++6.0下调试通过。

参考文献

[1] Art Baker Jerry Lozano 著 施 诺 译 Windows 2000设备驱动程序设计指南 机械工业出版社 2001

[2] 武安河 周利莉 著 Windows 设备驱动程序开发实务 电子工业出版社 2002