Windows Driver Model

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視窗驅動程式模型（Windows Driver Model，簡稱WDM），是微軟視窗作業系統的驅動程式設計架構，包括對於各項裝置（Device）的支援，如鍵盤（Keyboard）、滑鼠（Mouse）、網路卡（Network Driver Interface Specification，Ndis）、通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）等。WDM 可支援Windows 98, Windows 98 Second Edition, Windows Me, Windows 2000, Windows XP 以及 Windows Server 2003在x86平台上的建制工作。這個架構分成好幾個管理層面：

核心（Kernel）
物件管理（Object Manager）
執行（Executive）
輸入輸出管理（I/O Manager）
記憶體管理（Memory Manager）
行程服務（Process Service）
執行時期函式庫（Run-time Library）
電源管理（Power Manager）
隨插即用子系統（Plug and Play Subsystem）
視窗管理指令（Windows Management Instrumentation，WMI）
核心流（Kernel Streaming）
硬體抽象層（Hardware Abstraction Layer）

[编辑] 種類

驅動程式的種類有匯流排驅動程式（bus driver）、功能驅動程式（function driver）、篩選驅動程式（filter driver）三種：

匯流排驅動程式（bus drivers）
- 虛擬匯流排驅動程式（Virtual bus drivers）：呼叫IoInvalidateDeviceRelations通知PnP Manager。
功能驅動程式（function drivers）
- 微埠型驅動程式（miniport drivers）：屬於USB, Audio, SCSI 以及 network 的轉換器（adapters）。
- 虛擬裝置驅動程式（Virtual device drivers）
- 類型驅動程式（Class drivers）
篩選性驅動程式（filter drivers）
- 上層篩選性驅動程式（upper-filter drivers）
- 下層篩選性驅動程式（lower-filter drivers）

[编辑] 程式進入點

如同許多語言從main函式開始，WDM驅動程式的載入（Loading）乃至於動作，以及其卸載（Unload）行為，都有其步驟與規則。WDM驅動程式可以動態式的載入與卸載，當偵測到裝置（Device）插入的時候，依據「PnP Manager」會自動地載入相對應的裝置驅動程式，然後成為「Driver Object」，並呼叫DriverEntry函式。所有的WDM驅動程式，都必須擁有這個DriverEntry常式（routine），而且此一名稱不可改變的，所有的驅動程式也是從這裡開始執行的，I/O Manager首先呼叫驱动程式的DriverEntry()。DriverEntry在DDK Complier編譯出來的輸出符號表是“DriverEntry@8”，原因是微軟的C編譯器把stdcall函示（例如VcDCall）的名稱加上“記號”，加上一個＠符號，在附上參數的總位元組個數，8指此function的所有參數所佔的byte數。

DriverEntry函式有兩個參數，其中第一个参数PDRIVER_OBJECT DriverObject是指向该驅動程式对应的物件指標；PUNICODE_STRING RegistryPath，驅動程式的服务主要鍵碼，這個參數的使用時機並不多。以下是一個簡單而標準的DriverEntry基本實作：

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT DriverObject, PUNICODE_STRING pRegistryString)
{
  //PDEVICE_OBJECT DriverObject;
  UNICODE_STRING deviceName;
  RtlInitUnicodeString( &deviceName, DEVICE_NAME );
      
  status = IoCreateDevice( DriverObject, 0, &deviceName, 
     FILE_DEVICE_UNKNOWN, FILE_DEVICE_SECURE_OPEN, true, &pDeviceObj );

  UNICODE_STRING linkName;
  RtlInitUnicodeString( &linkName, LINK_NAME );
  status = IoCreateSymbolicLink( &linkName, &deviceName );

  DriverObject->DriverUnload = DriverUnload;
  DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] =
  DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] =
  DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = xxDriverDispatch;
  DriverObject->DriverUnload = xxUnload;

  return STATUS_SUCCESS;
}

[编辑] IRQL

DriverEntry運作在IRQL = PASSIVE_LEVEL等級，所以可以使用分頁內存。WDM有數個經常實作的PASSIVE_LEVEL等級如下：

DriverEntry
Dispatch Function：DispatchXxx
Unload：UnloadXxx
AddDevice: XxxAddDevice
Reinitialize: XxxReinitialize

另外還有幾個DISPATCH_LEVEL等級的函式如下：

StartIo
AdapterControl
ControllerControl
IoTimer
Dpc（延遲程序呼叫，Deferred Procedure Call）

[编辑] 派送行程

當DriverEntry函式完成物件的初始化與系統註冊之後，接下來的重點便會落在Dispatch Function身上。每當I/O Manager得到一個請求時（例如按鍵，移動滑鼠），它使用請求的函數代碼（IoControlCode）呼叫驅動程序中幾個Dispatch行程。

NTSTATUS xxDispatch (IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,IN PIRP pIrp)
{ 
   NTSTATUS ntStatus = STATUS_SUCCESS;
   ULONG IoControlCodes = 0;             
   PIO_STACK_LOCATION IrpStack=NULL;   

   pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
   pIrp->IoStatus.Information = 0;

   IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);    

   switch (IrpStack->MajorFunction)
   { 
       case IRP_MJ_CREATE:
           break;
       case IRP_MJ_CLOSE:
           break;
       case IRP_MJ_DEVICE_CONTROL:
           IoControlCodes=IrpStack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
           switch (IoControlCodes)
           { 
               case IOCTL_1:
                   break;
               case IOCTL_2:
                   break;
               default:
                   pIrp->IoStatus.Status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
                   break;
           }
           break;
       default:
           break;
   }
   ntStatus=pIrp->IoStatus.Status;

   IoCompleteRequest(pIrp,IO_NO_INCREMENT);

   return ntStatus;
}

[编辑] 卸載

Unload負責在驅動程式被停止前做一些必要的處理動作，如释放资源，记录最後状态等。

VOID DriverUnLoad (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)
{ 
  if (DeviceObject) {
  IoUnregisterFileSystem(DeviceObject);
  IoDeleteDevice(DeviceObject);
  //DeviceObject = 0;
}

[编辑] 編譯

驅動程式的编译需要使用DDK（Device Driver Kit）中的build指令，它是一道命令行程序，一般會在後面加上參數：-ceZ。例如：

C:\driver sample>build.exe -ceZ

DDK可用於建立用於 Windows 2000、Windows XP、Microsoft Windows Server 2003、Vista的建置環境，但在Windows作業系統並非預設的功能，必須另行安裝。安装完成後你會看到Build Enviroment，free是指release版，check則是debug版。

Windows XP checked 64 Bit Build Environment
Windows XP checked Build Environment
Windows XP free 64 Bit Build Environment
Windows XP free Build Environment

build指令一開始呼叫Build.exe編譯連結器，從系統「環境變數」（Environment Variable）Include中得到引用文件的地址，然後呼叫Visual C++的编译链接器Nmake.exe进行实际的编译链接工作。在編譯過程中遇到的错误，遇到的警告，會記錄到buildxxx.log，buildxxx.wrn，buildxxx.err等文件中。

[编辑] 安裝

安裝過程分成兩個步驟：

首先將编译成的.sys文件複製到Windows NT的System32\\Drivers\\目錄下；
接著在Registry的HKEY_LOCAL_MACHINE\\SYSTEM\\CurrentControlSet\\Services\\下建立和.sys文件同名的键，然后在之下建立名为Start、Type、ErrorControl的三種REG_DWORD類型的键值。

[编辑] 範例

Microsoft DDK提供了大量的WDM範例（samples）參考，這些範例隨著DDK的安裝，會進駐我們的系統之中（WINDDK\xx00\src）。一般人不大可能從輪子造起一個新的驅動程式，大部份要靠“既有的範例”來改良一個新的驅動程式。

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Audio
AVStream
filesys
general
hid
input
ir
kernel

[编辑] 相關條目

Windows Driver Foundation

[编辑] 外部連結

Windows Driver Foundation Homepage
Introducing Windows Driver Framework, written by well-known Windows driver developer, Walter Oney.
Building and deploying a basic WDF Kernel Mode Driver, CodeProject
Developing a WDF USB Kernel Mode Driver for the OSR USB FX2, CodeProject
A simple demo for WDM Driver development

[编辑] 參考

Walter Oney，《Windows Driver Model》

zh-hans:;zh-hant:zh-hans:查;zh-hant:檢 • zh-hans:;zh-hant:論 • zh-hans:;zh-hant:編 • zh-hans:;zh-hant:歷 Microsoft APIs
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分类: 微軟API | 驱动程序

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