windows虚拟显示器开发（三）USB显示器

我们常用的显示器接口有HDMI、VGA等接口，这些接口是直接在显卡上的，当显示器插在显卡上，显卡就直接可以将显示信号输出到显示器了。

关于USB显示器跟HDMI之类的显示器有本质区别，我们需要实现的有两个：

在USB上插入一个显示器，怎么让windows系统能识别到显示器
如何让USB显示器显示对应的屏幕内容。

WDDM驱动框架

WDDM(Windows Display Driver Model)是微软最新的显卡驱动模型，最先被运用在Vista系统中，它提供了一系列函数原型，显卡驱动需要实现其中的函数，在系统运行过程中，Windows操作系统会根据程序的请求调用对应的函数。

WDDM驱动的框架主要如图1所示。由图可知，WDDM中的显卡驱动主要分成两部分：用户态驱动(User-Mode Display Driver)和内核态驱动(Display MiniportDriver)。其中用户态驱动以动态链接库的形式存放在system32文件夹中，当程序调用D3D函数时，系统会自动加载用户态驱动到自己的运行空间中。用户态驱动中的函数大致和Direct3D中的API是一一对应的关系，因此每次程序调用显卡相关的函数(如3D函数)，一般会被D3D Runtime转换到用户态驱动中对应的函数中，由用户态驱动完成实际的功能。而内核态驱动则在系统启动时由系统自动加载到内核态内存空间中，它主要用于实现与显卡硬件之间交互，如显存的分配、显卡中断处理等。

图1 WDDM框架示意图

WDDM与Dxgknrl的交互分析

关于WDDM框架的分析，我们需要从入口函数分析，我们就拿我们比较熟悉的win10 QXL驱动来进行底层逆向分析，win10的QXL驱动是WDDM Displayonly的驱动，其与Dxgknrl的通信方式及获取入口地址的原理与常规WDDM是一致的，我们逆向的到的原理如图2所示。

图2 WDDM与Dxgkrnl交互原理

步骤	操作	备注
1	WDDM驱动向Dxgkrnl发送DeviceIOControl，请求入口函数地址
2	Dxgkrnl返回入口函数地址给WDDM驱动
3	驱动实现各个miniport回调函数，复制给结构体
4	驱动调用入口函数，将miniport的回调函数传递进去
5	Dxgkrnl开始调用miniport的回调函数，驱动开始工作

WDDM 内核态hook原理

从上述原理，我们可以对内核态WDDM进行过滤，编写过滤驱动DisplayProxy挂载在Dxgkrnl上层，此时WDDM驱动在将IO码发送给Dxgkrnl之前先经过DisplayProxy，Dxgkrnl返回的入口函数地址也先经过DisplayProxy，DisplayProxy就可以对该入口函数进行替换，替换成自己的，然后再在函数内部调用原始的入口函数。

步骤	操作	备注
1	WDDM驱动向Dxgkrnl发送DeviceIOControl，请求入口函数地址
2-3-4	Dxgkrnl返回入口函数地址DpiInitialize给WDDM驱动，被DisplayProxy拦截，替换成自己的函数proxyDpiInitialize
5	驱动实现各个miniport回调函数，复制给结构体
6	驱动调用入口函数proxyDpiInitialize，将miniport的回调函数传递进去
7-8	displayproxy将wddm传递进来的回调函数拦截，替换成自己的回调函数，然后调用原始的入口函数DpiInitialize
9	Dxgkrnl调用proxy的回调
10-11	走到了我们定义的回调函数中，我们做一些自定义操作，比如增加显示器等，然后再调用原生的miniport回调

WDDM过滤驱动指责划分

WDDM驱动框架分用户态驱动和内核态驱动，对WDDM过滤驱动我们要对其用户态驱动和内核态驱动都要进行过滤，两个模式的过滤驱动分别实现不同的功能：

WDDM内核态过滤驱动用来实现虚拟显示器、普通类型图片（无需进行GPU硬件加速或渲染的图片，如桌面、文件窗口等）、鼠标位置、鼠标形状的捕获。
WDDM用户态过滤驱动用来实现3D全屏、Aero、GPU硬件加速或渲染类型图片（如窗口化3D、视频等）的捕获。

增加过滤驱动后，整个WDDM显示框架变成了如图4所示。

图4 wddm过滤驱动框架

windows7下的虚拟显示器效果