Windows Driver Model

视窗驱动程式模型（Windows Driver Model，简称WDM），是微软视窗作业系统的驱动程式设计架构，包括对于各项装置（Device）的支援，如键盘（Keyboard）、滑鼠（Mouse）、网路卡（Network Driver Interface Specification，Ndis）、通用序列汇流排（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。这个架构分成好几个管理层面：
*核心（Kernel）
*物件管理（Object Manager）
*执行（Executive）
*输入输出管理（I/O Manager）
*记忆体管理（Memory Manager）
*行程服务（Process Service）
*执行时期函式库（Run-time Library）
*电源管理（Power Manager）
*随插即用子系统（Plug and Play Subsystem）
*视窗管理指令（Windows Management Instrumentation，WMI）
*核心流（Kernel Streaming）
*硬体抽象层（Hardware Abstraction Layer）

**种类**
驱动程式的种类有汇流排驱动程式（bus driver）、功能驱动程式（function driver）、筛选驱动程式（filter driver）三种：
*汇流排驱动程式（bus drivers）
**虚拟汇流排驱动程式（Virtual bus drivers）：呼叫IoInvalidateDeviceRelations通知PnP Manager。
*功能驱动程式（function drivers）
**微埠型驱动程式（miniport drivers）：属于USB, Audio, SCSI以及network的转换器（adapters）。
**虚拟装置驱动程式（Virtual device drivers）
**类型驱动程式（Class drivers）
*筛选性驱动程式（filter drivers）
**上层筛选性驱动程式（upper-filter drivers）
**下层筛选性驱动程式（lower-filter drivers）

**程式进入点**
如同许多语言从main函式开始，WDM驱动程式的载入（Loading）乃至于动作，以及其卸载（Unload）行为，都有其步骤与规则。WDM驱动程式可以动态式的载入与卸载，当侦测到装置（Device）插入的时候，依据「PnP Manager」会自动地载入相对应的装置驱动程式，然后成为「Driver Object」，并呼叫DriverEntry函式。所有的WDM驱动程式，都必须拥有这个DriverEntry常式（routine），而且「此一名称不可改变」的，所有的驱动程式也是从这里开始执行的，I/O Manager首先呼叫驱动程式的DriverEntry()。DriverEntry在DDK Compiler编译出来的输出符号表是“DriverEntry@8”，原因是微软的C编译器把stdcall函示（例如VcDCall）的名称加上“记号”，加上一个＠符号，在附上参数的总位元组个数，8指此function的所有参数所占的byte数。
DriverEntry函式有两个参数，其中第一个参数PDRIVER_OBJECT DriverObject是指向该驱动程式对应的物件指标；PUNICODE_STRING RegistryPath，驱动程式的服务主要键码，这个参数的使用时机并不多。以下是一个简单而标准的DriverEntry基本实作：
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->MajorFunctionIRP_MJ_CREATE =
DriverObject->MajorFunctionIRP_MJ_CLOSE =
DriverObject->MajorFunctionIRP_MJ_DEVICE_CONTROL = xxDriverDispatch;
DriverObject->DriverUnload = xxUnload;

return STATUS_SUCCESS;
}

**IRQL**
DriverEntry运作在IRQL = PASSIVE_LEVEL等级，所以可以使用分页内存。WDM有数个经常实作的PASSIVE_LEVEL等级如下：
*DriverEntry
*Dispatch Function：DispatchXxx
*Unload：UnloadXxx
*AddDevice: XxxAddDevice
*Reinitialize: XxxReinitialize
另外还有几个DISPATCH_LEVEL等级的函式如下：
*StartIo
*AdapterControl 
*ControllerControl
*IoTimer
*Dpc（延迟程序呼叫，Deferred Procedure Call）

**派送行程**
当DriverEntry函式完成物件的初始化与系统注册之后，接下来的重点便会落在Dispatch Function身上。每当I/O Manager得到一个请求时（例如按键，移动滑鼠），它使用请求的函数代码（IoControlCode）呼叫驱动程序中几个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;
}

**卸载**
Unload负责在驱动程式被停止前做一些必要的处理动作，如释放资源，记录最后状态等。
VOID DriverUnLoad (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)
{ 
if (DeviceObject) {
IoUnregisterFileSystem(DeviceObject);
IoDeleteDevice(DeviceObject);
//DeviceObject = 0;
}

**编译**
驱动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，一般会在后面加上参数：-ceZ。例如：
C:\driver sample>build.exe -ceZ
DDK可用于建立用于 Windows 2000、Windows XP、Microsoft Windows Server 2003、Vista的建置环境，但在Windows作业系统并非预设的功能，必须另行安装。安装完成后你会看到Build Enviroment，free是指release版，check则是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指令一开始呼叫Build.exe编译连结器，从系统「环境变数」（Environment Variable）Include中得到引用文件的地址，然后呼叫Visual C++的编译链接器Nmake.exe进行实际的编译链接工作。在编译过程中遇到的错误，遇到的警告，会记录到buildxxx.log，buildxxx.wrn，buildxxx.err等文件中。

**安装**
安装过程分成两个步骤：- 首先将编译成的.sys文件复制到Windows NT的System32\\Drivers\\目录下；- 接着在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的三种REG_DWORD类型的键值。

**范例**
Microsoft DDK提供了大量的WDM范例（samples）参考，这些范例随着DDK的安装，会进驻我们的系统之中（WINDDK\xx00\src）。一般人不大可能从轮子造起一个新的驱动程式，大部份要靠“既有的范例”来改良一个新的驱动程式。
*1394
*Audio
*AVStream
*filesys
*general
*hid
*input
*ir
*kernel

**批评**
 WDM学习曲线过长。- 电源管理（power management）事件与随插即用（Plug-and-play）差异太大。导致系统的睡眠（sleep）与清醒（wake up）状态容易产生问题。- I/O cancellation几乎不可能达成。- 每支驱动程式动辄要撰写数千行的程式码。- 不支援纯使用者模式（pure user-mode）驱动程式。

**相关条目**
 Windows Driver Foundation
*Windows Display Driver Model
*VxD

**外部连结**
  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

**参考**
Walter Oney，《Windows Driver Model》