驱动程序

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驱动程序(device driver/driver)

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什么是驱动程序

  设备驱动程序(device driver),简称驱动程序(driver),是一个允许高级(High level)电脑软件(computer software)与硬件(hardware)交互的程序,这种程序创建了一个硬件与硬件,或硬件与软件沟通的接口,经由主板上的总线(bus)或其它沟通子系统(subsystem)与硬件形成连接的机制,这样的机制使得硬件设备(device)上的数据交换成为可能。

  依据不同的电脑架构与操作系统差异平台,驱动程序可以是8位(8-bit)、16位(16-bit)、32位(32-bit),甚至是最新的64位(64-bit),这是为了调和操作系统与驱动程序之间的依存关系,例如在Windows 3.11的16位操作系统时代,大部分的驱动程序都是16位,到了32位的Windows XP则大部分是使用32位驱动程序(微软提供了Windows Driver Model可实现driver),至于64位的Linux或是Windows Vista平台上,就必须使用64位的驱动程序(WDM与WDF皆可实现64位驱动程序)。

驱动程序的开发

  驱动程序的开发工作是很具挑战性的,因为必须配合着硬件与软件上相当明确与高级的平台技术。由于大多数的驱动程序(device drivers)运行在核心模式(kernel mode),软件的错误经常造成系统严重的不稳定,例如蓝屏(blue screen),这跟过去的用户模式(user mode)下的程序设计(例如DelphiVBJava)有明显的差异性。

  Windows平台

  为了大量减轻驱动程序开发人员的负担,微软不断的改进驱动程序的开发软件与架构,从早期复杂深晦的VxD,到Windows XP上的Windows Driver Model(以下简称WDM)开发架构,如今Windows Driver Foundation(以下简称WDF)已成为新一代的Windows平台驱动程序发展架构,这个架构大量简化了驱动程序的开发流程,更匹配面向对象的精神,此架构包含了User Mode Driver Framework与Kernel Mode Driver Framework两种开发模式。在开发Windows平台上的驱动程序之前,必须先安装DDK(Driver Development Kit),DDK包同时支持WDM与WDF两种架构。

  Linux平台

  Linux下的设备有三种基本类型:字符设备,块设备和网络接口

驱动程序的应用

  因为常见的硬件和操作系统的差异性,驱动程序存在着不同的方式。用于:

  • 打印机
  • 显卡
  • 网卡
  • 声卡
  • 不同种类的总线
  • 不同种类的低带宽的输入/输出总线(如定点设备:鼠标、键盘、USB等等。)
  • 硬盘驱动器总线(ATASCSI
  • 实现对不同的文件系统的支持
  • 实现对扫描仪、数码相机的支持

  驱动程序的抽象化共同层级(Common levels of abstraction):

  在硬件层方面:

  • 直接连接(Interfacing directly)
  • 使用一些较高层次的接口(如:视频BIOS)
  • 使用另一低级别的驱动程序(如文件系统驱动程序使用磁盘驱动程序)
  • 模拟硬件工作

  在软件层方面:

  • 允许操作系统直接访问硬件资源
  • 仅实现其原始样式(primitives)
  • 实现对非驱动程序的软件的界面(如TWAIN)
  • 实现一个更高层级的语言,例如PostScript

虚拟设备驱动程序

  有一种特殊的驱动程序名为虚拟设备驱动程序(virtual device drivers),可用于虚拟化的环境(virtualization environments),例如DOS程序要运行于Windows平台上,就必须要利用这种虚拟设备驱动程序,像是VMware就是一种“虚拟PC”的软件,可以在一台机器上同时运行两个或两个以上的Windows、DOS、LINUX系统,VMWare是真正实现了“同时”运行,多个操作系统在主系统的平台上,就像标准Windows应用程序那样切换一样容易。

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