Windows Driver Model

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平臺上的建制工作。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）

**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）

**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首先呼叫驅動程式的DriverEntry()。DriverEntry在DDK Compiler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，其中第一個參數PDRIVER_OBJECT DriverObject是指向該驅動程式對應的物件指標；PUNICODE_STRING RegistryPath，驅動程式的服務主要鍵碼，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->MajorFunctionIRP_MJ_CREATE =
DriverObject->MajorFunctionIRP_MJ_CLOSE =
DriverObject->MajorFunctionIRP_MJ_DEVICE_CONTROL = xxDriverDispatch;
DriverObject->DriverUnload = xxUnload;

return STATUS_SUCCESS;
}

**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）

**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;
}

**卸載**
Unload負責在驅動程式被停止前做一些必要的處理動作，如釋放資源，記錄最後狀態等。
VOID DriverUnLoad (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)
{ 
if (DeviceObject) {
IoUnregisterFileSystem(DeviceObject);
IoDeleteDevice(DeviceObject);
//DeviceObject = 0;
}

**編譯**
驅動程式的編譯需要使用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。安裝完成後你會看到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++的編譯鏈接器Nmake.exe進行實際的編譯鏈接工作。在編譯過程中遇到的錯誤，遇到的警告，會記錄到buildxxx.log，buildxxx.wrn，buildxxx.err等文件中。

**安裝**
安裝過程分成兩個步驟：- 首先將編譯成的.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文件同名的鍵，然後在之下建立名為Start、Type、ErrorControl的三種REG_DWORD類型的鍵值。

**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。
*1394
*Audio
*AVStream
*filesys
*general
*hid
*input
*ir
*kernel

**批評**
 WDM學習曲線過長。- 電源管理（power management）事件與隨插即用（Plug-and-play）差異太大。導致系統的睡眠（sleep）與清醒（wake up）狀態容易產生問題。- I/O cancellation幾乎不可能達成。- 每支驅動程式動輒要撰寫數千行的程式碼。- 不支援純使用者模式（pure user-mode）驅動程式。

**相關條目**
 Windows Driver Foundation
*Windows Display Driver Model
*VxD

**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

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