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设备驱动程序是硬件设备连接到计算机系统的软件接口,任何设备都必须有相应的驱动程序才能在计算机系统上正常工作。设备驱动程序的优劣直接关系到整个系统的性能和稳定性,因此,设计和开发稳定高效的驱动程序具有重要意义。
WDF(Windows Driver Foundation)是微软提出的下一代全新的驱动程序模型,它是在WDM(Windows Driver Model)的基础上发展而来的,支持面向对象、事件驱动的驱动程序开发,提供了比WDM更高层次抽象的高度灵活、可扩展、可诊断的驱动程序框架。WDF框架管理了大多数与操作系统相关的交互,实现了公共的驱动程序功能(如电源管理、PNP支持),隔离了设备驱动程序与操作系统内核,降低了驱动程序对内核的影响。
WDF提供了两个框架:KMDF(内核模式驱动程序框架)和UMDF(用户模式驱动程序框架)。
它定义了一系列的对象用来表示设备、驱动、中断等,每个对象有对应的属性、方法和事件。驱动程序利用这些方法创建对象、设置属性和响应事件。
框架定义的主要对象有:
例。设备可以是命名的也可以是未命名的,用户模式程序可以通过设备接口或设备名称访问设备。WDFDEVICE对象具有丰富的属性,如PNP和电源管理相关的事件处理回调函数(callbacks)。
WDF大大简化了WDM中的PNP和电源管理的开发。WDF框架为设备停止、设备删除、电源状态切换等PNP和电源管理事件提供了适合的缺省行为,驱动程序本身不再纠缠于复杂的PNP和电源管理事件处理。
在WDM驱动程序中,I/O请求的取消是一个复杂难以理解的过程,开发人员必须有对内核深刻的理解才能正确处理I/O请求的取消。WDF框架支持内建的I/O请求取消处理,使得驱动程序处理取消I/O请求的工作大大简化。
从编程的角度看, IRP是I/O管理器在响应一个I/O请求时从非分页系统内存中分配的一块可变大小的数据结构内存, I/O管理器每收到一个来自用户的请求就创建一个该结构，并将其作为参数传给驱动程序的DispatchXxx、StartIo等例程。该结构中存放有请求的类型、用户缓冲区的首地址、用户请求数据的长度等信息。驱动程序处理完这个请求后, 也在该结构中添加处理结果的有关信息, 然后调用IoCompleteRequest将其返回给I/O管理器, 用户程序的请求随即返回。
每个IRP可以被看成由两部分组成:
固定部分和一个I/O堆栈。IRP的固定部分包含关于请求的信息, I/O堆栈则包含一系列I/O堆栈单元(I/O Stack location), 单元的数目应与驱动程序堆栈中处理这一请求的驱动程序数目相同, 每个单元对应一个将处理该IRP的驱动程序。
RequestorMode: 取值为一个枚举常量UserMode或KernelMode, 指定请求初始化的模式为用户模式还是核心模式。驱动程序有时需要查看这个值来决定是否需要信任某些参数
Cancel: 该域为BOOLEAN类型。如果为TRUE, 则表明IoCancelIrp已被调用, 该函数用于取消这个请求。如果为FALSE, 则表明没有调用IoCancelIrp函数
CancelIrql: 一个IRQL(I/O Request Query Level)值, 表明那个专用的取消自旋锁是在这个IRQL上获取的。当驱动程序在取消例程中释放自旋锁时应该参考这个域
CancelRoutine: 指向驱动程序取消例程的地址。应该使用IoSetCancelRoutine函数设置CancelRoutine域而不是直接修改该域
MajorFunction: 该IRP的主要功能代码, 它指出所要执行的I/O操作类型。例如: 主功能代码IRP_MJ_READ表示通过Win32 API函数CreateFile发送的请求。主功能代码与驱动程序对像的MajorFunction表中的某个分发函数指针相对应。
MinorFunction: 该IRP的副功能代码, 它进一步指出该IRP属于哪个主功能类。例如: IRP_MJ_PNP请求有十几个副功能代码, 包括IRP_MN_START_DEVICE、IRP_MN_REMOVE_DEVICE等。
DeviceObject: 指向该堆栈单元对应的设备对象地址, 该域由IoCallDriver函数负责填写。
FileObject: 指向与一个I/O请求有关的文件对象地址。
IRP_MJ_CLEANUP: 在关闭设备时, 取消挂起的I/O请求 CloseHandle
IRP_MJ_CLOSE: 关闭设备 CloseHandle
IRP_MJ_READ: 从设备获得数据 ReadFile
IRP_MJ_WRITE: 向设备发送数据 WriteFile
IRP_MJ_DEVICE_CONTROL: 对用户模式或内核模式客户可用的控制操作 DeviceControl
IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL: 只对内核模式客户程序可用的控制操作 没有对应的Win32 API
IRP_MJ_QUERY_INFORMATION: 得到文件的长度 GetFileLength
IRP_MJ_SET_INFORMATION: 设置文件的长度 SetFileLength
IRP_MJ_FLUSH_BUFFERS: 写输出缓冲区或丢弃输入缓冲区 FlushFileBuffers FlushConsoleInputBuffer PureComm
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