驱动工作原理

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1、驱动的工作原理一.DOS时期在窗口概念还没出现的时代，驱动出现就已经诞生。早期的BIOS通过常用的软件中断开放驱动程序的服务，如磁盘管理和键盘等。最初的DOS操作系统允许用户通过配置congfig.sys文件将新的驱动程序加载进操作系统内核。那个时代的用户一定深有体会，为了能让《仙剑奇侠传》有音乐效果，我们都曾不厌其烦地摆弄过DOS恼人的声卡驱动程序。由于这样的驱动安装方法过于繁琐，因此程序员便将相关的驱动程序直接嵌入到应用程序中，开发出软硬结合的程序。   二.Windows3.x时期早期的Windows仍然是运行在实模式状态下，充其量不过是增强版本的MS-DOSShell而已，因此DO

2、S和BIOS的驱动仍然最为重要。Inter80286处理器的出现，使Windows能在保护模式中运行管理16MB内存空间，依靠在保护模式和实模式之间的切换来完成系统需求，我们把这种运行模式称之为Windows标准模式。Inter80386处理器的问世使Windows进化到增强模式，这是虚拟设备的概念逐渐形成。对应用程序而言虚拟机就像独立的个人电脑，拥有自己的键盘、鼠标、显示器等硬件。实际上经过所谓的虚拟化，数个虚拟机还是共享相同的硬件。   三.Windows95时期Windows95终结了DOS实模式的历史，是真正独立的32位操作系统。Win95使用数种不同的驱动驱动程序模型。在操作系统

3、中，程序必须通过系统内核上的驱动来控制硬件，而这些驱动必须完全符合操作系统对驱动加载、连接、读写的规定，并且使用相关系统API（ApplicationProgrammingInterface）函数来控制。Windows95的驱动程序类型以VXD为中心VXD又称虚拟设备驱动。它不仅适用于硬件设备，还能虚拟出不存在的"软件设备"，如虚拟光驱。所有运行Windows的程序都分为两个保护级：Ring0和Ring3。系统进程运行于Ring0级，这个保护级的程序拥有完全的系统控制权限，可对所有的系统资源进行访问与管理；普通应用程序运行与Ring3级，不允许对系统资源进行直接访问且很多操作系统也受到限制

4、，如果程序强行访问的话，Windows就会给出出错提示并强制结束——我们会经常看到某些程序运行中出现"常规保护错误"等错误提示，也就是这个原因。所有的Ring3级程序在Windows下都受到80×86保护模式的严格"监视"，使应用程序无法进行高级的操作，不过，VXD能使应用程序具有扩展操作系统的能力，开发人员通过让运行于Ring3级的普通程序加载具有Ring0级的VXD，从而实现底层控制。不幸的是，著名的"CIH"病毒就是利用了VXD技术才可以破坏主板BIOS。    四.WindowsNT时期WindowsNT操作系统存在3种类型的驱动程序：1.虚拟设备驱动（VirtualdeviceD

5、river），能让Win16应用程序可以访问特定的I/O端口。2.GDI驱动，提供显示和打印所需的GDI函数。3.内核模式驱动（KernelModeDriver）,也是WindowsNT中唯一可对硬件中断和DMA进行操作的驱动。WindowsNT的保护模式比Windows95更加完善，它限制了普通应用程序的I/O操作且几乎不可能进入到Ring0层。虽然众多"保护"让程序开发者们头疼不已，但这些措施却使系统的稳定性提升到前所未有的高度。   五.Windows98/2000时期微软在1996年推出了全新的设备驱动类型——WDM（WindowsDriverModel），取代了VXD成为Wind

6、ows操作系统的核心。WDM由WindowsNT的内核模式驱动发展而来增加了电源管理和即插即用的支持。虽然Windows98仍然支持VXD（已开始使用WDM），但微软极力推广WDM驱动方式并在Windows2000系统中放弃了对VXD的支持。在微软随后的操作系统中，WDM模型被不断完善，已经成为驱动程序的主流。   六.WindowsXP/Server2003WindowsXP和WindowsServer2003仍然沿用了WDM模型，不过不同操作系统的WDM内容并不相同。一般来说，新版本的WDM向下兼容。另外，微软宣称WindowsLonghorn操作系统要推迟到2006年发布，但从预览版

7、的情况和最新发布的WindowsLonghorn设备驱动开发包（LDK）中，可预测Longhorn仍将使用WDM模型。看来，微软是要将WDM进行到底了。通过上面的介绍，我们了解到驱动程序的重要性，但其工作原理却鲜为人知。驱动程序如何识别硬件？它是怎么被安装到系统中？即插即用和驱动程序有什么关系？我们以目前最主流的驱动模型——WDM模型为例来为大家揭开驱动世界的神秘面纱。   七.WDM模型WDM模型采用分层结构，首先是由