核心模式驱动程式架构

核心模式驱动程式架构（Kernel-Mode Driver Framework，缩写KMDF）是微软公司推出的Windows驱动程式基础（Windows Driver Foundation）之一，建构Windows XP与Windows Server 2003的核心模式（Kernel-Mode）驱动程式所需的基本功能，包括对随插即用（PNP）、电源管理（Power Manager）、I/O伫列、直接内存存取（DMA）、Windows Management Instrumentation（WMI）和同步处理等的完整支援。KMDF的设计并不能用来取代WDM，它提供“Skeletal WDM”建置来替代WDM；目前，KMDF并不支援总线筛选驱动程式（Bus Filter Driver）。

Kernel-Mode Driver Framework目前支援下列类型的核心模式（kernel mode）驱动程式之建立了：

- 随插即用（PNP）装置所使用的Function Driver。
- 随插即用（PNP）装置所使用的Filter Driver。
- 随插即用（PNP）装置堆叠（Stack）所使用的Bus Driver。
- Windows NT 4.0型态装置所使用的Control装置驱动程式。

KMDF是可重新进入程式库（Reentrant Library）。

## 与WDM的关系

自Windows 2000开始，开发驱动程式必以WDM为基础的，但开发难度太大，无法像使用者模式应用程序开发那样容易。KMDF支援驱动程式在Windows Driver Model环境中撰写驱动程式，简化其中的过程，但是KMDF的设计并不能用来取代WDM，它提供“Skeletal WDM”建置来替代WDM。早期的WDM可支援Windows 98、Windows Me、Windows 2000和Windows XP；至于WDF计划支援Windows XP，以及更新的版本。

KMDF系以物件为基底建立于WDM架构之上。不同的功能有不同的物件，KMDF在实作上包含了：

- 即插即用和电源管理
- I/O队列
- 直接内存访问（DMA）
- Windows Management Instrumentation（WMI）
- 同步

### 驱动程式进入点

在Windows操作系统中驱动程式的起始点都是在DriverEntry函式，DriveryEntry是驱动程式的进入点（entry point）。在DriverEntry函式的实作里，你需要具现化（instantiate）你的WDFDRIVER物件，并且告知WDF framework要去哪里呼叫你的系统。

```
NTSTATUS DriverEntry(
   IN PDRIVER_OBJECT  DriverObject,
   IN PUNICODE_STRING  RegistryPath
   )
{
 '''WDF_DRIVER_CONFIG''' config;
 NTSTATUS status = ''S_OK'';

 KdPrint((__DRIVER_NAME "DriverEntry Begin\n"));

 WDF_DRIVER_CONFIG_INIT(&config, EvtDeviceAdd);
 status = WdfDriverCreate(
                     DriverObject,
                     RegistryPath,
                     ''WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES'',
                     &config, // Pointer to config structure
                     ''WDF_NO_HANDLE''); // or NULL, Pointer to get WDFDRIVER handle
 if(T_SUCCESS(status))
 {
   KdPrint((__DRIVER_NAME "WdfDriverCreate failed with status 0x%08x\n", status));
 }

 KdPrint((__DRIVER_NAME "DriverEntry End\n"));

 return status;
}
```

### Add Device

EvtDeviceAdd函数，在系统发现新硬件插入时被呼叫。这个函数将挑起WDF驱动程式架构的大部分工作，EvtDeviceAdd事件被唤起之余一定会带出一个WDFDRIVER物件，并且指向一个WDFDEVICE_INIT结构。在装置产生（device crated）之前，必先进行初始化的动作。如果EvtDeviceAdd执行成功，那么EvtDevicePrepareHardware是架构下一个被执行的函式，用以保证驱动程式能够访问硬件。

```
WDFSTATUS DioEvtDeviceAdd(WDFDRIVER Driver, PWDFDEVICE_INIT DeviceInit)
{
 WDFSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
 WDF_PNPPOWER_EVENT_CALLBACKS pnpPowerCallbacks;
 WDF_OBJECT_ATTRIBUTES objAttributes;
 WDFDEVICE device;
 PDIO_DEVICE_CONTEXT devContext;
 WDF_IO_QUEUE_CONFIG ioCallbacks;
 WDF_INTERRUPT_CONFIG interruptConfig;
 WDF_DEVICE_POWER_POLICY_IDLE_SETTINGS idleSettings;

 WDF_PNPPOWER_EVENT_CALLBACKS_INIT(&pnpPowerCallbacks);
 pnpPowerCallbacks.EvtDevicePrepareHardware = DioEvtPrepareHardware;
 pnpPowerCallbacks.EvtDeviceReleaseHardware = DioEvtReleaseHardware;
 pnpPowerCallbacks.EvtDeviceD0Entry= DioEvtDeviceD0Entry;
 pnpPowerCallbacks.EvtDeviceD0Exit = DioEvtDeviceD0Exit;

 WdfDeviceInitSetPnpPowerEventCallbacks(DeviceInit, pnpPowerCallbacks);

 WDF_OBJECT_ATTRIBUTES_INIT(&objAttributes);

 WDF_OBJECT_ATTRIBUTES_SET_CONTEXT_TYPE(&objAttributes, DIO_DEVICE_CONTEXT);

 status = WdfDeviceInitUpdateName(DeviceInit, L"\\device\\WDFDIO");

 status = WdfDeviceCreate(&DeviceInit,    // Device Init structure
                          &objAttributes, // Attributes for WDF Device
                          &device);       // return new WDF Device pointer,

 devContext = DioGetContextFromDevice(device); // Get device extension

 devContext->WdfDevice = device;

 // Create a symbolic link for the control object
 status = WdfDeviceCreateSymbolicLink(device, L"\\DosDevices\\WDFDIO");

 WDF_IO_QUEUE_CONFIG_INIT(&ioCallbacks,
                            WdfIoQueueDispatchSerial,
                            WDF_NO_EVENT_CALLBACK,     // StartIo
                            WDF_NO_EVENT_CALLBACK);    // CancelRoutine

 ioCallbacks.EvtIoDeviceControl = DioEvtDeviceControlIoctl;
 status = WdfDeviceCreateDefaultQueue(device,
                                       &ioCallbacks,
                                       ''WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES'',
                                       NULL); // pointer to default queue

 WDF_INTERRUPT_CONFIG_INIT(&interruptConfig,       // Configure the Interrupt object
                             FALSE,                // auto-queue DPC?
                             DioIsr,               // ISR
                             DioDpc);              // Defered Procedule Call

 interruptConfig.EvtInterruptEnable = DioEvtInterruptEnable;
 interruptConfig.EvtInterruptDisable = DioEvtInterruptDisable;

 status = WdfInterruptCreate(device,
                             &interruptConfig,
                             &objAttributes,
                             &devContext->WdfInterrupt);

 WDF_DEVICE_POWER_POLICY_IDLE_SETTINGS_INIT(&idleSettings,  // Initialize idle policy
                                             IdleCannotWakeFromS0);

 status = WdfDeviceUpdateS0IdleSettings(device, &idleSettings);

 return status;
}
```

### Prepare Hardware

如果EvtDeviceAdd顺利执行成功，那么EvtDevicePrepareHardware是架构下一个被执行的函式，用以保证驱动程式能够访问硬件。

```
NTSTATUS EvtDevicePrepareHardware(
   IN WDFDEVICE    Device,
   IN WDFCMRESLIST ResourceList,
   IN WDFCMRESLIST ResourceListTranslated
   )
{
 NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;

 UNREFERENCED_PARAMETER(Device);
 UNREFERENCED_PARAMETER(ResourceList);
 UNREFERENCED_PARAMETER(ResourceListTranslated);

 return status;
}

NTSTATUS EvtDeviceD0Entry(
   IN WDFDEVICE  Device,
   IN WDF_POWER_DEVICE_STATE  PreviousState
   )
{
 NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;

 return status;
}

NTSTATUS EvtDeviceD0Exit(
   IN WDFDEVICE  Device,
   IN WDF_POWER_DEVICE_STATE  TargetState
   )
{
 NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;

 return status;
}
```

### IO requests

```
VOID EvtDeviceIoDefault(
   IN WDFQUEUE  Queue,
   IN WDFREQUEST  Request
   )
{
 WdfRequestComplete(Request, STATUS_NOT_IMPLEMENTED);
}
```

## 外部链接

- Windows Driver Kit
- Kernel-Mode Driver Framework Homepage
- Microsoft KMDF Paper

## 基本资料

- 头衔：内核模式驱动程序框架 (KMDF)
- 开发者：Microsoft
- 软件版本周期：1.33 2022年11月10日
- 编程语言：C, C++
- 操作系统：Microsoft Windows
- 类型：设备驱动程序开发平台