開發WDM型USB裝置驅動程式（一）

摘要 本文介紹WDM型USB裝置驅動程式的基本概念、結構和特性，並說明了利用Driverworks進行開發的方法。

　　關鍵詞 WDM；USB裝置驅動程式；Driverworks

　　導言

　　通用序列匯流排USB是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司推廣的一種新型的通訊標準，該匯流排介面具有安裝方便、高頻寬、易於擴充等優點，已逐漸成為現代資料轉送的發展趨勢。而在開發USB裝置時，裝置驅動程式的設計是其中一項重要的技術環節，它直接影響整個裝置系統的效能。Windows98及其更高版本的作業系統對USB匯流排提供了全面的支援，並且用WDM驅動程式模型代替了VxD裝置驅動程式。WDM支援USB協議，並為其提供了高效的開發平台。因此WDM已成為開發USB外設驅動程式所必須而有效技術。

　　Windows驅動程式模型（WDM）

　　Windows環境下驅動程式共有三類，一類是VxD（ Virtual Device Driver，虛擬設備驅動程式），起源於Windows 3.1 時代，用於Windows 95/98/Me作業系統中；一類是KMD（ Kernel Mode Driver，核心模式驅動程式），用於Windows NT下；還有一類就是WDM（Win32 Driver Mode，Win32驅動程式模型），是微軟從Windows 98開始，推出的一個新的驅動類型，它是一個跨平台的驅動程式模型，不僅如此WDM驅動程式還可以在不修改原始碼的情況下經過重新編譯後在非Intel平台上運行，毫不誇張地講，WDM算得上是21世紀的驅動程式架構。

　　WDM是在NT4.0驅動程式結構上發展起來的，所以它與NT4.0的驅動程式極為相似，但是它卻有了本質上的提高，增加了對隨插即用(PnP)、進階電源管理(PowerManagement)、Windows管理介面(WMl)的支援。更重要的是，WDM是一種通用的驅動模式，提供了包括USB、IEEEl394和HID等在內的一系列驅動程式類。

　　1、WDM驅動程式的分層結構

　　WDM體繫結構實行分層處理，即裝置驅動被分成了若干層，典型地分成：高層驅動程式、中介層驅動程式、底層驅動程式。每層驅動再把I/O請求劃分成更簡單的請求，以傳給更下層的驅動執行。最底層的驅動程式在收到I／O請求後，通過硬體抽象層，與硬體發生作用，從而完成I／O請求工作。在這樣的架構下，上面的驅動層就不需要對每個作業系統都要開發一遍了。1所示

 
　　WDM還引入了功能裝置對象FDO（Functional Device Object）與物理裝置對象PDO（Physical Device Object）兩個新類來描述硬體，一個PDO對應一個真實硬體。一個硬體只允許有一個PDO，但卻可以擁有多個FDO，而在驅動程式中我們不是直接操作硬體而是操作相應的PDO與FDO。驅動程式和裝置對象的分層情況2所示。

 
　　其中匯流排驅動程式（Bus Driver）位於最底層，控制對匯流排上所有裝置的訪問，建立PDO代表發現的裝置。功能驅動程式（Function Driver）控制裝置的主要功能，分層在匯流排驅動的上面，負責建立FDO。在USB情況下，功能驅動程式必須使用USB類驅動程式訪問裝置。

　　2、USB驅動程式的WDM結構

　　USB驅動程式的構成層次3所示。其中USB客戶驅動程式通過Windows系統提供的USB類驅動程式介面（USBDI）與下層驅動程式通訊。

 
　　在USB裝置可用之前，必須對其進行配置和介面選擇，然後所選擇的介面的各個管道才是可用的。在USBDI的基礎上進行編程將大大簡化，使用者不用關心IRP的類型，而只需要在相應的分發常式中通過構造USB塊並將其通過USBDI發送下去就可以實現對USB裝置的控制了。

　　裝置的訪問

　　WDM不是通過驅動程式名稱，而是通過一個128位的全域惟一標識符（GUID）實現驅動程式的識別。在應用程式與WDM驅動程式通訊方面系統為每一個使用者請求打包形成一個I/O請求包（IRP）結構，將其發送至驅動程式，並通過識別IRP中PDO來區別是發送給哪一個裝置的。核心通常通過發送IRP來運行驅動程式中的代碼。

　　WDM驅動程式有一個主要的初始化進入點，即一個必須稱為DriverEntry的常式。它有一個標準的函數原型。當WDM驅動程式被裝入時，核心調用DriverEntry常式。驅動程式的DriverEntry常式必須設定一系列的回調常式來處理IRP。每個回調常式有一個標準的函數原型。核心會在合適的環境下調用這個常式。

　　大多數的WDM裝置對象都是在隨插即用管理器調用AddDevice常式進入點時被建立的。插入新裝置後，當系統找到由安裝資訊檔所批示的驅動程式時，這個常式被調用。在此之後，一系列隨插即用IRP被發送到驅動程式，裝置驅動程式可進行相應的功能處理。