Window XP驱动开发(十) 驱动程序的基本结构

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参考书籍<<Windows驱动开发技术详解>>

一、数据结构

1、驱动对象(DRIVER_OBJECT)

每个驱动程序会有唯一的驱动对象与之对应，且这个驱动对象是在驱动加载时，

被内核中的对象管理程序所创建的。

typedef struct _DRIVER_OBJECT {
CSHORT Type;
CSHORT Size;
//
// The following links all of the devices created by a single driver
// together on a list, and the Flags word provides an extensible flag
// location for driver objects.
//
PDEVICE_OBJECT DeviceObject;  // 每个驱动程序会有一个或多个设备对象。其中每个
// 设备对象都有一个指向下一个驱动对象，最后一个设备对象指向空。
// 此处的DeviceObject指赂驱动对象的第一个设备对象。
// 通过DeviceObject就可以遍历驱动对象里的所有设备对象。
// 设备对象是由程序员自己创建的，而而OS完成。
// 在驱动卸载时，遍历每个设备对象，并将其删除。
ULONG Flags;
//
// The following section describes where the driver is loaded.  The count
// field is used to count the number of times the driver has had its
// registered reinitialization routine invoked.
//
PVOID DriverStart;
ULONG DriverSize;
PVOID DriverSection;
PDRIVER_EXTENSION DriverExtension;
//
// The driver name field is used by the error log thread
// determine the name of the driver that an I/O request is/was bound.
//
UNICODE_STRING DriverName; // 驱动程序的名字，该串一般为\Driver\[驱动程序名称 ]
//
// The following section is for registry support.  Thise is a pointer
// to the path to the hardware information in the registry
//
PUNICODE_STRING HardwareDatabase;  // 记录的是设备的硬件数据库键名。
// 这里同样用UNICODE字符串记录。
// 一般为\REGISTRY\MACHINE\HARDWAR\DESCRIPTORION\SYSTEM
//
// The following section contains the optional pointer to an array of
// alternate entry points to a driver for "fast I/O" support.  Fast I/O
// is performed by invoking the driver routine directly with separate
// parameters, rather than using the standard IRP call mechanism.  Note
// that these functions may only be used for synchronous I/O, and when
// the file is cached.
//
PFAST_IO_DISPATCH FastIoDispatch;
//
// The following section describes the entry points to this particular
// driver.  Note that the major function dispatch table must be the last
// field in the object so that it remains extensible.
//
PDRIVER_INITIALIZE DriverInit;
PDRIVER_STARTIO DriverStartIo;  // 记录StartIO例程的函数地址
PDRIVER_UNLOAD DriverUnload;    // 指向驱动卸载时所用的回调函数地址
PDRIVER_DISPATCH MajorFunction[IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION + 1];
} DRIVER_OBJECT;
typedef struct _DRIVER_OBJECT *PDRIVER_OBJECT;

2、设备对象(DEVICE_OBJECT)

每个驱动程序会创建一个或多个设备对象，用DEVICE_OBJECT数据结构表示，每个设备对象都会有一个指针指向下一个设备对象，因此形成一个设备链。

typedef struct DECLSPEC_ALIGN(MEMORY_ALLOCATION_ALIGNMENT) _DEVICE_OBJECT {
CSHORT Type;
USHORT Size;
LONG ReferenceCount;
struct _DRIVER_OBJECT *DriverObject;   //  指向驱动程序中的驱动对象。同属于一个驱动程序对象
// 指向的是统一驱动对象
struct _DEVICE_OBJECT *NextDevice;     // 指向下一个设备对象，这里指的下一个设备对象是同属于一个驱动对象
struct _DEVICE_OBJECT *AttachedDevice; // 指向下一个设备对象。这里指出的是，如果有更高一层的驱动附加
// 到这个驱动时，AttachedDevice指向的就是那个更高一层的驱动
struct _IRP *CurrentIrp;               // 在使用StartIO例程时，此域指向的是当前IRP结构。
PIO_TIMER Timer;
ULONG Flags;                           // 是一个32位的无符号整型。
ULONG Characteristics;                      // See ntioapi:  FILE_...
__volatile PVPB Vpb;
PVOID DeviceExtension;
DEVICE_TYPE DeviceType;                // 设备的类型。
CCHAR StackSize;                       // 在多层驱动情况下，驱动与驱动之间会形成类似堆栈的结构，
// IRP会依次从最高层传递到最低层。StackSize 描述的就是这个层数
union {
LIST_ENTRY ListEntry;
WAIT_CONTEXT_BLOCK Wcb;
} Queue;
ULONG AlignmentRequirement;            // 设备在大容量传输时，需要内存对齐，以保证传输速度
KDEVICE_QUEUE DeviceQueue;
KDPC Dpc;
//
//  The following field is for exclusive use by the filesystem to keep
//  track of the number of Fsp threads currently using the device
//
ULONG ActiveThreadCount;
PSECURITY_DESCRIPTOR SecurityDescriptor;
KEVENT DeviceLock;
USHORT SectorSize;
USHORT Spare1;
struct _DEVOBJ_EXTENSION  *DeviceObjectExtension; //  指向的是设备的扩展对象。每个设备都会有一个
// 设备扩展对象，设备扩展对象记录的是设备自己特殊
// 定义的结构体，也就是程序员自己定义的结构体。
// 另外，在驱动程序中，应该昼避免全局变量的使用，
// 因为全局变量不容易同步的问题，解决方法是将
// 全局变量存在设备扩展里。
PVOID  Reserved;
} DEVICE_OBJECT;
typedef struct _DEVICE_OBJECT *PDEVICE_OBJECT;
//
// The following structure is pointed to by the SectionObject pointer field
// of a file object, and is allocated by the various NT file systems.
//
typedef struct _SECTION_OBJECT_POINTERS {
PVOID DataSectionObject;
PVOID SharedCacheMap;
PVOID ImageSectionObject;
} SECTION_OBJECT_POINTERS;

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设备对象的结构如下图：

3、设备扩展

设备对象记录“通用”设备的信息，而另外一些“特殊”信息记录在设备扩展中。各个设备扩展由程序员定义，每个设备的设备扩展也不尽相同。

设备扩展由I/O管理器创建的。并保存在非分页的内存中。

在设备扩展中会记录下列内容：

(1)设备对象的反向指针

(2)设备状态或驱动环境信息

(3)中断对象指针

(4)控制器对象指针

二、驱动的基本结构

1、NT式驱动的基本结构

1、1 驱动加载过程与驱动入口函数（DriverEntry）

参考我的另一篇博客： http://blog.csdn.net/chenyujing1234/article/details/7565364

1、2 创建设备对象

会调用IoCreateDevice函数

IoCreateDevice(
__in  PDRIVER_OBJECT DriverObject,  // 驱动对象的指针。
__in  ULONG DeviceExtensionSize,    // 指定设备扩展的大小，I/O管理器会根据这个大小
// 在内存中创建设备扩展，并与驱动对象关联。
__in_opt PUNICODE_STRING DeviceName,// 设置设备对象的名字。
__in  DEVICE_TYPE DeviceType,
__in  ULONG DeviceCharacteristics,  // 设备设备对象的特征
__in  BOOLEAN Exclusive,            // 设置设备对象是否为内核算模式下使用
__out
__drv_out_deref(
__drv_allocatesMem(Mem)
__drv_when((((inFunctionClass$("DRIVER_INITIALIZE"))
||(inFunctionClass$("DRIVER_DISPATCH")))),
__drv_aliasesMem)
__on_failure(__null))
PDEVICE_OBJECT *DeviceObject        // I/O管理器负责创建这个设备对象，并返回对象的地址。
);

设备名称用UNICODE字符串指定，且字符串必须是"\Device\[设备名]"的形式。

在Windows下的所有设备都是以类似的名字命令的。

当然也可以不指定设备名字。如果在IoCreateDevice没指定设备名字，I/O管理器会自动分配一个数字作为设备的设备名。

eg: \Device\00000001

如果指定了设备名，只能被内核模式下的其他驱动所识别。但在用户模式下的应用程序无法识别这个设备。

让应用程序能识别设备有两种方法：

（1）通过符号链接找到设备。（常用）

（2）通过设备接口找到设备。

符号链接可以理解为设备对象起了一个“别名”。设备对象的名称只能被内核模式的驱动识别，

而别名也可以被用户模式下的APP识别.

eg: 常说的C盘，指向的“C：”的符号链接，其真实对象是“\Device\HarddiskVolume1“

创建符号链接的函数是

NTSTATUS
IoCreateSymbolicLink(
    __in PUNICODE_STRING SymbolicLinkName,
    __in PUNICODE_STRING DeviceName
    );

2、WDM式驱动的基本结构

WDM驱动结构请参考我的另一篇文章

http://blog.csdn.net/chenyujing1234/article/details/7568029

WDM驱动的DriverEntry与NT式驱动的DriverEntry有以下几个不同：

（1）增加了对AddDevice函数的设置。

因为NT驱动是主动加载设备的，也就是一旦加载驱动就创建设备。

而ＷＤＭ驱动是被动加载设备的。ＯＳ必须加载ＰＤＯ后，调用驱动的AddDevice例程，

AddDevice负责创建FDO，并附加到PDO上。

（2）必须加入IRP_MJ_PNP的派遣回调函数。

它主要负责计算机中即插即用的处理。

具体的回调函数可以参照我的文章

http://blog.csdn.net/chenyujing1234/article/details/7580315