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驅動程式

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驅動程式(device driver/driver)

目錄

什麼是驅動程式

  設備驅動程式(device driver),簡稱驅動程式(driver),是一個允許高級(High level)電腦軟體(computer software)與硬體(hardware)交互的程式,這種程式創建了一個硬體與硬體,或硬體與軟體溝通的介面,經由主板上的匯流排(bus)或其它溝通子系統(subsystem)與硬體形成連接的機制,這樣的機制使得硬體設備(device)上的數據交換成為可能。

  依據不同的電腦架構與操作系統差異平臺,驅動程式可以是8位(8-bit)、16位(16-bit)、32位(32-bit),甚至是最新的64位(64-bit),這是為了調和操作系統與驅動程式之間的依存關係,例如在Windows 3.11的16位操作系統時代,大部分的驅動程式都是16位,到了32位的Windows XP則大部分是使用32位驅動程式(微軟提供了Windows Driver Model可實現driver),至於64位的Linux或是Windows Vista平臺上,就必須使用64位的驅動程式(WDM與WDF皆可實現64位驅動程式)。

驅動程式的開發

  驅動程式的開發工作是很具挑戰性的,因為必須配合著硬體與軟體上相當明確與高級的平臺技術。由於大多數的驅動程式(device drivers)運行在核心模式(kernel mode),軟體的錯誤經常造成系統嚴重的不穩定,例如藍屏(blue screen),這跟過去的用戶模式(user mode)下的程式設計(例如DelphiVBJava)有明顯的差異性。

  Windows平臺

  為了大量減輕驅動程式開發人員的負擔,微軟不斷的改進驅動程式的開發軟體與架構,從早期複雜深晦的VxD,到Windows XP上的Windows Driver Model(以下簡稱WDM)開發架構,如今Windows Driver Foundation(以下簡稱WDF)已成為新一代的Windows平臺驅動程式發展架構,這個架構大量簡化了驅動程式的開發流程,更匹配面向對象的精神,此架構包含了User Mode Driver Framework與Kernel Mode Driver Framework兩種開發模式。在開發Windows平臺上的驅動程式之前,必須先安裝DDK(Driver Development Kit),DDK包同時支持WDM與WDF兩種架構。

  Linux平臺

  Linux下的設備有三種基本類型:字元設備,塊設備和網路介面

驅動程式的應用

  因為常見的硬體和操作系統的差異性,驅動程式存在著不同的方式。用於:

  • 印表機
  • 顯卡
  • 網卡
  • 音效卡
  • 不同種類的匯流排
  • 不同種類的低帶寬的輸入/輸出匯流排(如定點設備:滑鼠、鍵盤、USB等等。)
  • 硬碟驅動器匯流排(ATASCSI
  • 實現對不同的文件系統的支持
  • 實現對掃描儀、數位相機的支持

  驅動程式的抽象化共同層級(Common levels of abstraction):

  在硬體層方面:

  • 直接連接(Interfacing directly)
  • 使用一些較高層次的介面(如:視頻BIOS)
  • 使用另一低級別的驅動程式(如文件系統驅動程式使用磁碟驅動程式)
  • 模擬硬體工作

  在軟體層方面:

  • 允許操作系統直接訪問硬體資源
  • 僅實現其原始樣式(primitives)
  • 實現對非驅動程式的軟體的界面(如TWAIN)
  • 實現一個更高層級的語言,例如PostScript

虛擬設備驅動程式

  有一種特殊的驅動程式名為虛擬設備驅動程式(virtual device drivers),可用於虛擬化的環境(virtualization environments),例如DOS程式要運行於Windows平臺上,就必須要利用這種虛擬設備驅動程式,像是VMware就是一種“虛擬PC”的軟體,可以在一臺機器上同時運行兩個或兩個以上的Windows、DOS、LINUX系統,VMWare是真正實現了“同時”運行,多個操作系統在主系統的平臺上,就像標準Windows應用程式那樣切換一樣容易。

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