Все драйвера NT имеют множество стандартных методов драйвера, определенных системой, и, возможно, несколько специфических методов, определенных разработчиком. Драйвера Windows 2000 используют архитектуру WDM (Windows Driver Model). В Windows 2000 драйвера бывают следующих типов:
• Kernel mode drivers (драйверы режима ядра). Основной тип драйвера. Такие драйвера используются для решения общих задач: управление памятью, шинами, прерываниями, файловыми системами, устройствами хранения данных и т.п.
• Graphics drivers (драйверы видеокарт). Как правило, создаются одновременно с самой видеокартой. Очень сложны в написании, так как должны учитывать множество противоречивых требований и поддерживать множество стандартов. Скорее всего, вам не потребуется создавать ничего подобного.
• Multimedia drivers (мультимедиа-драйверы). Драйверы для :
• Аудиоустройств — считывание, воспроизведение и компрессия аудиоданных.
• устройств работы с видео — захват и компрессия видеоданных.
• позиционных устройств — джойстики, световые перья, планшеты и пр.
• Network drivers (сетевые драйвера) — работа с сетью и сетевыми протоколами на всех уровнях.
• Virtual DOS Drivers — драйверы для виртуальных машин MS-DOS. Постепенно переходят в раздел рудиментарных.
В свою очередь, существует три типа драйверов ядра, каждый тип имеет четко определенные структуру и функциональность.
• Device drivers (драйвера устройств), такие как драйвер клавиатуры или дисковый драйвер, напрямую общающийся с дисковым контроллером. Эти драйвера также называются драйверами низкого уровня, т. к. они находятся в самом низу цепочки драйверов Windows NT.
• Intermediate drivers (промежуточные драйвера), такие как драйвер виртуального или зеркального диска. Они используют драйверы устройств для обращения к аппаратуре.
• File system drivers (FSDs). Драйверы файловых систем, таких как FAT, NTFS, CDFS, для доступа к аппаратуре используют Intermediate drivers и Device drivers.
Драйвера Windows 2000 должны удовлетворять следующим требованиям:
• Переносимы с одной платформы на другую.
• Конфигурируемые программно.
• Всегда прерываемые.
• Поддерживающие мультипроцессорные платформы.
• Объектно-ориентированные.
• Поддерживать пакетный ввод-вывод с использванием I/O request packets (IRPs, запросы ввода-вывода).
• Поддерживать асинхронный ввод-вывод.
Система ввода-вывода Windows 2000 имеет следующие особенности:
• Менеджер ввода-вывода NT представляет интерфейс для всех kernel-mode драйверов, включая драйвера физических устройств, драйвера логических устройств и драйвера файловых систем.
• Операции ввода-вывода послойные. Это значит, что вызов, сделанный пользователем, проходит через несколько драйверов, генерируя несколько пакетов запросов на ввод-вывод и "по пути" обращаясь к необходимым драйверам. К примеру, когда приложение пытается открыть файл, подсистема ввода-вывода Windows делает запрос к драверу файловой системы; драйвер файловой системы обращается к промежуточному драйверу; и лишь промежуточный драйвер обращается непосредственно к винчестеру. Такая архитектура построения системы существенно повышает ее гибкость и снижает общую стоимость разработки.
• Разработчик драйвера обязан реализовать несколько стандартных функций, к которым будет обращаться диспетчер ввода-вывода (I/O manager).
2. Использование пакета NuMega Driver Studio для написания WDM–драйверов устройств.
Разработка WDM–драйвера с использованием только DDK является сложной и трудоемкой задачей. При этом приходится выполнять много однотипных операций: создание скелета драйвера, написание inf–файла для его установки, создание приложения для тестирования и т.п. При этом многие из этих операций однотипны и стандартны. Часто при написании драйверов приходится выполнять однотипные операции. Например, если мы разрабатывает драйвер устройства для шины PCI, то нам наверняка придется сделать:
– вручную написать .inf–файл для инсталляции драйвера;
– выполнить конфигурацию устройства при запуске драйвера: выполнить проверку, присутсвуют ли необходимые ресурсы (память, порты, запросы на IRQ в устройстве);
– написать процедуры управления энергопотреблением (если они нужны);
– прочитать из реестра Windows необходимую конфигурацию;
– написать программу для тестирования работоспособности драйвера (хотя бы проверка, правильно ли он проинсталлирован и правильно ли обрабатывает основные запросы).
Все перечисленные операции – рутинная, однотипная работа, стандартная для большинства драйверов.
Для ускорения проектирования и разработки драйверов устройств под Windows используются программные пакеты разных фирм. Наиболее известным пакетом является программа DriverStudio фирмы NuMega. Для работы этой программы обязательной является установка пакета DDK (желательно — DDK 2000 как наиболее универсального) и среды Visual C++ версии не ниже 5.0. Лично я использовал такую конфигурацию:
– DriverStudio 2.01(далее в тексте – DS);
– DDK 2000;
– Visual C++ 6.0 (далее в тексте – VC++).
В нее входят следующие программы:
DriverWorks — эта программа является основным компонентом DriverStudio. Именно с помощью DriverWorks выполняется разработка драйвера под Windows 98/ME/2K с использованием WDM. Установка этой программы обязательна. При инсталляции DriverWorks интегрируется в среду разработки Visual C++.
VtoolsD — средство для разработки .vxd–драйверов. Данная утилита не зависит от других программ DS или VC++ и может как инсталлироваться, так и нет. В принципе, если не предполагается разработка .vxd–драйверов, данный компонент не является необходимым.
SoftIce — kernel-mode отладчик. Эта программа может быть использована как для отладки драйверов, так и в других целях. Фактически это очень мощный отладчик, который может получать доступ к практически любым элементам системы. Недостатками его является его высокая сложность и неудобство в эксплуатации. Работа с SoftIce бывает опасна именно в силу его больших возможностей: любое неверное действие обычно фатально для системы. Хотя, для отладки драйверов устройств трудно найти что-либо лучшее.
DriverNetworks — используется для разработки драйверов сетевых устройств. Если не предполагается разработка такого драйвера, данный компонент не является необходимым.
Для инсталляции DS на компьютере необходимо проинсталлировать пакет DDK и среду VC++. После этого можно начинать инсталляцию DS. Сама инсталляция проста и не отличается от процесса инсталляции того же VC++, например. По умолчанию пакет ставится в папку C:Program FilesNuMegaDriverStudio. Знание пути к DS необходимо для дальнейшей работы с программой. В дальнейшем мы будем его называть <путь_к_DS>. При первом запуске DS необходимо скомпилировать библиотеки, необходимые для работы. Для этого следует запустить среду VC++ и открыть проект <путь_к_DS>DriverVorkssourcevdwlibs.dsw. Вся суть в том, что DS использует собственную библиотеку классов для написания драйвера. Эта библиотека поставляется в исходных кодах, подобно библиотеке MFC или библиотекам под UNIX. Поэтому теперь необходимо откомпилировать с помощью VC++ данный проект.
Стоит сразу проверить опции проекта и установить активную конфигурацию VdwLibs — Win32 WDM Checked (если планируется отлаживать скомпилированные драйвера) или Win32 WDM Free. Теперь запускаем проект на компиляцию. В результате в папке <путь_к_DS>DriverVorkslibi386checked появляется библиотека vdw.lib (при использовании ОС win2K) или vdw_wdm.lib (win 9x). DS готов к работе.
2.1. Система классов DriverWorks.
Возможно, идея писать драйвера объектно-ориентированными и кажется на первый взгляд нелогичной. Но при более близком знакомстве с DriverStudio и с драйверами в общем, оказывается, что это не так уж страшно и довольно удобно. Объектная модель DriverWorks отражает архитектуру WDM и представляет собой систему классов, построенную на системных вызовах. Цель DriverWorks – с одной стороны, оставаться на достаточно низком уровне программирования, чтобы эффективно писать драйвера, а с другой – упростить и упорядочить процесс разработки драйверов режима ядра.
В соответствии с идеологией DriverWorks драйвер представляется, как набор объектов. Эта же идея присутствует и в "чистой" архитектуре WDM, но DriverWorks упорядочивает эти объекты и представляет их экземплярами классов. Классы DriverWorks также несколько упрощают код драйвера по сравнению с DDK, делают его более компактным и доступным для понимания. Часто повторяющиеся, рутинные фрагменты кода драйвера спрятаны внутри методов класса. И то, что при использовании пакета DDK занимало несколько строк в программе, теперь можно вполне заменить вызовом одного единственного метода.
Также в DriverWorks предложено несколько полезных классов: например класс KFile — доступ к файлам или классы динамических списков и массивов.
В общем, сама идея DriverWorks напоминает Visual C++ и библиотеку MFC. MFC представляет из себя некую прослойку, которая отделяет программиста от жутковатых функций API и позволяет создавать объектно-ориентированные проекты, при этом оставаясь на достаточно низком уровне программирования.
