Александр Тарво - Использование NuMega DriverStudio для написания WDM-драйверов

– вручную написать .inf–файл для инсталляции драйвера;

– выполнить конфигурацию устройства при запуске драйвера: выполнить проверку, присутсвуют ли необходимые ресурсы (память, порты, запросы на IRQ в устройстве);

– написать процедуры управления энергопотреблением (если они нужны);

– прочитать из реестра Windows необходимую конфигурацию;

– написать программу для тестирования работоспособности драйвера (хотя бы проверка, правильно ли он проинсталлирован и правильно ли обрабатывает основные запросы).

Все перечисленные операции – рутинная, однотипная работа, стандартная для большинства драйверов.

Для ускорения проектирования и разработки драйверов устройств под Windows используются программные пакеты разных фирм. Наиболее известным пакетом является программа DriverStudio фирмы NuMega. Для работы этой программы обязательной является установка пакета DDK (желательно — DDK 2000 как наиболее универсального) и среды Visual C++ версии не ниже 5.0. Лично я использовал такую конфигурацию:

– DriverStudio 2.01(далее в тексте – DS);

– DDK 2000;

– Visual C++ 6.0 (далее в тексте – VC++).

В нее входят следующие программы:

DriverWorks — эта программа является основным компонентом DriverStudio. Именно с помощью DriverWorks выполняется разработка драйвера под Windows 98/ME/2K с использованием WDM. Установка этой программы обязательна. При инсталляции DriverWorks интегрируется в среду разработки Visual C++.

VtoolsD — средство для разработки .vxd–драйверов. Данная утилита не зависит от других программ DS или VC++ и может как инсталлироваться, так и нет. В принципе, если не предполагается разработка .vxd–драйверов, данный компонент не является необходимым.

SoftIce — kernel-mode отладчик. Эта программа может быть использована как для отладки драйверов, так и в других целях. Фактически это очень мощный отладчик, который может получать доступ к практически любым элементам системы. Недостатками его является его высокая сложность и неудобство в эксплуатации. Работа с SoftIce бывает опасна именно в силу его больших возможностей: любое неверное действие обычно фатально для системы. Хотя, для отладки драйверов устройств трудно найти что-либо лучшее.

DriverNetworks — используется для разработки драйверов сетевых устройств. Если не предполагается разработка такого драйвера, данный компонент не является необходимым.

Для инсталляции DS на компьютере необходимо проинсталлировать пакет DDK и среду VC++. После этого можно начинать инсталляцию DS. Сама инсталляция проста и не отличается от процесса инсталляции того же VC++, например. По умолчанию пакет ставится в папку C:\Program Files\NuMega\DriverStudio. Знание пути к DS необходимо для дальнейшей работы с программой. В дальнейшем мы будем его называть <���путь_к_DS>. При первом запуске DS необходимо скомпилировать библиотеки, необходимые для работы. Для этого следует запустить среду VC++ и открыть проект <���путь_к_DS>\DriverVorks\source\vdwlibs.dsw. Вся суть в том, что DS использует собственную библиотеку классов для написания драйвера. Эта библиотека поставляется в исходных кодах, подобно библиотеке MFC или библиотекам под UNIX. Поэтому теперь необходимо откомпилировать с помощью VC++ данный проект.

Стоит сразу проверить опции проекта и установить активную конфигурацию VdwLibs — Win32 WDM Checked (если планируется отлаживать скомпилированные драйвера) или Win32 WDM Free. Теперь запускаем проект на компиляцию. В результате в папке <���путь_к_DS>\DriverVorks\lib\i386\checked появляется библиотека vdw.lib (при использовании ОС win2K) или vdw_wdm.lib (win 9x). DS готов к работе.

Возможно, идея писать драйвера объектно-ориентированными и кажется на первый взгляд нелогичной. Но при более близком знакомстве с DriverStudio и с драйверами в общем, оказывается, что это не так уж страшно и довольно удобно. Объектная модель DriverWorks отражает архитектуру WDM и представляет собой систему классов, построенную на системных вызовах. Цель DriverWorks – с одной стороны, оставаться на достаточно низком уровне программирования, чтобы эффективно писать драйвера, а с другой – упростить и упорядочить процесс разработки драйверов режима ядра.

В соответствии с идеологией DriverWorks драйвер представляется, как набор объектов. Эта же идея присутствует и в "чистой" архитектуре WDM, но DriverWorks упорядочивает эти объекты и представляет их экземплярами классов. Классы DriverWorks также несколько упрощают код драйвера по сравнению с DDK, делают его более компактным и доступным для понимания. Часто повторяющиеся, рутинные фрагменты кода драйвера спрятаны внутри методов класса. И то, что при использовании пакета DDK занимало несколько строк в программе, теперь можно вполне заменить вызовом одного единственного метода.

Также в DriverWorks предложено несколько полезных классов: например класс KFile — доступ к файлам или классы динамических списков и массивов.

В общем, сама идея DriverWorks напоминает Visual C++ и библиотеку MFC. MFC представляет из себя некую прослойку, которая отделяет программиста от жутковатых функций API и позволяет создавать объектно-ориентированные проекты, при этом оставаясь на достаточно низком уровне программирования.

Впрочем, в системе классов DriverWorks есть одна особенность: иерархия классов практически отсутствует. Это вполне естественно: в системе классов DriverWorks присутствуют самые различные классы — классы, представляющие собой ресурсы устройства (линии ПДП, прерываний, областей памяти, портов ввода-вывода), сами устройства, классы для взаимодействия с реестром, файлами и т.п. Еще одним аргументом в пользу отсутствия наследования является то, что разветвленная иерархия классов может снизить быстродействие программы. Для драйвера, это, конечно, неприемлемо.

В основе архитектуры DriverWorks лежит несколько основных классов.

Объект драйвера является экземпляром класса KDriver. Он представляет драйвер в целом как некую абстракцию. Для объекта драйвера абсолютно все равно, каким оборудованием он управляет, объект драйвера об этом по настоящему никогда не задумывается. Его задача — обеспечить интерфейс драйвера с ОС: загрузка и инициализация драйвера, выгрузка и т.п. А управление аппаратурой возлагается на другие объекты драйвера, в частности, на объект устройства.

Когда ОС загружает драйвер, то она создает для него соответствующий объект драйвера. Компонент ядра операционной системы — диспетчер ввода-вывода (I/O Manager) — использует объекты драйверов для управления устройствами. Каждый драйвер отвечает за управление одним или несколькими объектами устройств. Запрос на операцию ввода-вывода (I/O request), посланный приложением пользователя, поступает к диспетчеру ввода-вывода.

Диспетчер ввода-вывода определяет, какой именно объект драйвера отвечает за соответствующий объект устройства, и перенаправляет ему запрос. Кроме управления объектами устройств, объект драйвера имеет дополнительные методы, отвечающие за инициализацию и завершение работы драйвера. Программист создает свой подкласс класса KDriver для взаимодействия с системой. Он обязательно должен содержать метод DriverEntry — функцию, вызываемую при инициализации драйвера.