Windows驱动开发WDM （1） - 基本结构

陆陆续续做过一些驱动的开发，但是一直以来都没有系统的学习过。这次重新阅读《windows驱动开发技术详解》（张帆，史彩成等编著），写博客记录一下，用以加深自己对驱动的理解。

 

驱动对象（DRIVER_OBJECT）

每个驱动程序会有唯一的驱动对象与之对应，并且这个驱动对象是在驱动加载的时候，被内核中的对象管理程序所创建的。

驱动对象用DRIVER_OBJECT来表示，内核对一个驱动只加载一个实例。对于DRIVER_OBJECT的说明，详见：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/hardware/ff544174(v=vs.85).aspx

说明一下其中的一个成员：DeviceObject。

MSDN上面是这么定义：

PDEVICE_OBJECT DeviceObject

Pointer to the device objects created by the driver. This member is automatically updated when the driver callsIoCreateDevice successfully. A driver can use this member and theNextDevice member of DEVICE_OBJECT to step through a list of all the device objects that the driver created.

DeviceObject指向驱动对象的第一个设备对象。DeviceObject->NextDevice指向下一个设备对象，最后一个设备对象的NextDevice指向空。比如第一次调用IoCreateDevice的时候，DriverObject->DeviceObject指向第一个设备对象（DeviceObject->NextDevice=NULL），再调用一次IoCreateDevice创建第二个设备成功后，DriverObject->DeviceObject->NextDevice会指向第二个设备对象。

设备对象都是由驱动程序创建的，而非操作系统创建，当驱动被卸载的时候，需要遍历每个设备对象，并将其删除。

 

设备对象（DEVICE_OBJECT)

每个驱动会创建一个或者多个设备对象，用DEVICE_OBJECT表示。每个设备对象都有一个指针指向下一个设备对象，因此形成一个设备链。设备链的第一个设备是由DRIVER_OBJECT的DeviceObject指定。

参考：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/hardware/ff543147(v=vs.85).aspx

需要说明的是：

1. NextDevice，指向下一个设备对象，注意这里指的下一个对象是同属于一个驱动对象的设备。也就是说这个设备链是指同一个驱动对象的设备链。

2. AttachedDevice，这里指的是更高一层驱动的设备对象。比如另外一个驱动附加到本驱动，那么AttachedDevice指的是那个驱动里面的第一个设备对象。

 

设备扩展 （DEVICE_EXTENSION)

DEVICE_OBJECT里面记录一些通用信息，但是大多数情况下，驱动程序需要额外记录一些信息，这个时候就需要设备扩展了。

设备扩展是由程序员指定内容和大小，由I/O管理器创建的，并且保存在非分页内存中。

在驱动程序中，尽量不要使用全局变量，数据可以保存在设备扩展里面。

 

WDM驱动的基本结构

从Windows2000以后，微软引入了新的驱动模型：WDM。WDM是建立在NT驱动模型之上的。

WDM驱动一般分为2种设备对象：

1. 物理设备对象（Physical Device Object，PDO）

2. 功能设备对象（Function Device Object，FDO）

比如：当用户插入USB盘的时候，总线驱动会创建PDO，然后提示用户加载FDO，如果操作系统已经提供了相应的驱动，那么操作系统会自动加载这个驱动。如果没有，则需要用户去安装相应的驱动。

在FDO和PDO之间，可以创建过滤驱动。

1. 位于FDO下面的，称之为下层过滤驱动；

2. 位于FDO上面的，称之为上层过滤驱动。

简单画了一个示意图：

过滤驱动不是必须的，在WDM中，基本上可以说PDO和FDO是必须的。AttachedDevice指向上层驱动的设备对象。

 

入口程序DriverEntry

跟NT驱动一样，WDM驱动的入口函数也是DriverEntry。WDM驱动需要额外设置2个派遣函数：

1. AddDevice

2. IRP_MJ_PNP

跟NT驱动不同，NT驱动一旦加载就创建设备，而WDM驱动是操作系统加载PDO以后，调用驱动的AddDevice例程，然后在AddDevice例程里面创建FDO，并且附加到PDO之上。

 

驱动程序的垂直层次结构

DeviceObject->AttachedDevice指向上层设备，如上面的图示。但是设备对象里面不能记录下一层驱动的设备对象（NextDevice指的是同一个驱动里面的下一个设备对象），这时就可以通过设备扩展来记录。

通过AttachedDevice和设备扩展，我们可以遍历整个设备对象堆栈，包括从上到下和从下到上。

 

驱动程序的水平层次结构

《windows驱动技术开发详解》里面将同一个驱动创建出来的设备对象的关系称之为水平层次，我觉得还是蛮形象的。

水平层次的第一个设备对象是由它的驱动对象所指定（DRIVER_OBJECT::DeviceObject）。每一个设备对象可以通过NextDevice找到水平层次（同一个驱动对象）的下一个设备对象。

比如插入2块同样型号的网卡。插入第一个网卡的时候，系统会创建一个PDO，并且加载相应的FDO，插入第二个网卡的时候，系统创建另外一个PDO，并且加载相应的FDO。那么这两个PDO之间就是同一个水平层次，这两个FDO也处于同一个水平层次。

 

简单回顾了一下驱动的一些基本概念，其实这些资料基本来自于《windows驱动开发技术详解》这本书。都是一些比较抽象的概念，至于具体应用，待续...