Как писать драйвера

Драйвера под Windows являются для большей массы программистов, "тайной за семью печатями". И вовсе не потому, что это что-то архисложное, сколько по причине абсолютной недокументированности идеологии.

Начав заниматься этой темой я понял особенную необходимость не в переводе стандартного Майкрософтовского описания, а именно неких заметок, по созданию и сбору драйверов для различных устройств.

Уточню, что в этих заметках, будут только те данные, которые я проверил лично, с которыми столкнулся в процессе разработки промышленных драйверов, бегающих сегодня в коммерческих пакетах.

Естественно, все коммерческие секреты я рассказывать не буду.

Эти заметки не ориентированны на людей – проектирующих драйвера, они уже должны знать все, что здесь будет.

Не стоит читать их человеку, слабо знакомому с языками С и С++, а также плохо понимающему объектную структуру и принципы Win32.

Для разных типов Windows вам понадобиться разный набор программ.

В любом случае надо скачать Win DDK (Driver Development Kit), для той платформы, под которую пишется драйвер. Его можно брать с разных источников, лично я предпочитаю сайт Майкрософта.

Для линейки 9х вам понадобится и SDK (Software Development Kit), который возьмите там же.

Так как под продукцию Билла Гейтса стоит поставить и VC++ , я посоветую ставить в таком порядке.

1. Visual C++ 6

2. SDK

3. DDK

Для более поздних платформ достаточно только DDK.

Установив все эти продукты вы получите возможность собирать и инсталлировать драйвера.

Да, не удивляйтесь, начнем мы именно с этого. По принципу создания, я обычно предпочитаю не писать весь драйвер целиком с нуля. Поверьте, очень нудное и практически невозможное занятие. Мне так и не удалось довести это до конца, уж слишком глубоких знаний самой системы это требует.

Мы пойдем более простым и надежным путем.

После установки DDK, у вас появились в директории samples или sources, в зависимости от версии, коды примеров драйверов. Это ваша библия, которую стоит изучить.

Проверка, собственно, правильности прописывания путей (environments), и собственно самой DDK и SDK – состоит в пробной компиляции примера.

Компиляция осуществляется посредством стандартных средств.

Программами build, make и link.

Makefile уже написан за вас, и вам надо сделать следующее. Зайдя в Start menu в разделе Programs|DDK|Build environment выберите вариант free и запустите.

Запустится стандартное окно терминала, с установленными переменными среды сборки DDK.

Перейдите в директорию с sources драйвера, который вы выбрали. Компилировать и собирать в корневой директории DDK не стоит.

Это приведет к сборке ВСЕХ драйверов примеров и компиляции всех библиотек, а это очень долго.

В корневой директории примера (драйвер принтера в нашем случае) запустите build с параметрами –cZ.

Если вы получили ошибки перепроверьте ваши установки. В нормальном случае вы получите возможность увидеть надпись об удачной сборки sys или vxd файла – в определенной директории. Чаще всего это Free/i386/

Но бывает и другая. Это говорит о том что ваш драйвер собран правильно и установка прошла успешно

Прежде, чем хвататься за описание самого драйвера, давайте определимся с типами существующих драйверов.

По существующему в DDK разделению сам Microsoft подразделяет драйвера на следующие типы:

– Kernel-Mode Drivers;

– Kernel Streaming Drivers;

– Graphics Drivers;

– Network Drivers;

– Virtual Device Drivers.

С графическими и сетевыми драйверами более менее понятно по названию.

Виртуальные VDD относятся к устройствам, нуждающимся в работе под MS-DOS.

А вот два первых типа мы разберем немного подробнее.

На рисунке видна структура всех драйверов типа Kernel-Mode Drivers. В иерархии этой системы различают драйвера для работы на верхнем уровне(high-level), промежуточные (intermediate) и низкого уровня (low-level).

К первому относятся драйвера файловый систем (FAT, NTFS), ко второму – драйвера фильтры, драйвера виртуальных дисков, I/O устройств, а к третьему – драйвера непосредственно работающие на уровне прерываний.

Kernel Streaming Drivers – это в первую очередь драйвера устройств видео и аудио потока.

Немного лирики. По сути все драйвера, работают на уровне kernel, поэтому такое деление, лично я, считаю не оправданным, но раз создатели говорят "есть контакт", нам придется "есть контакт".

Более подробную информацию по разделению на типы, и их описание можно найти в Help DDK идущего в поставке DDK, и устанавливаемому вместе с этим пакетом.

Отступим от абстрактной классификации, и перейдем к более земным вещам.

Опишем среднестатистическую структуру драйвера.

Каждый драйвер является набором функций, встраивающихся при инсталляции в структуру Windows машины, и выполняемых при возникновении определенного события. По сути – это функции конечного автомата Windows которые обязаны соответствовать определенному формату.

В каждом драйвере есть входная точка, соответствующая функции main(), в замечательном С, WinMain() в Windows. Функция вызывается при старте системы автоматически в момент инициализации обслуживающей части Windows к которой относится данный драйвер.

Функции выхода нет.

Еще чуть-чуть лирики. В нашей с вами ситуации дистанционного общения, придется брать и писать один из драйверов для примера. Без этого будет сложновато объяснить, что мы делаем и зачем. Поэтому я предлагаю выбрать некий тип для нашего примера.

Так как большая часть драйверов работает для поддержки и управления реального физического устройства, предположить, что у всех вас есть одинаковая плата или одинаковый дисковод, было бы верхом глупости.

Отбросив таким образом драйвера, который привязаны к железке мы остановимся на типе Network – сетевых драйверах.

Сетевые драйвера тоже как и драйвера типа kernel, делятся на такие же три уровня. Вспомните, что все разделение я назвал условным.

Меняется только название.

– Miniport drivers;

– Protocol drivers;

– Intermediate drivers.

Структура сетевой части драйверного поголовья, похожа на пирог. Давайте посмотрим как это выглядит.

На рисунке четко видно, как структура NDIS (Network Driver Interface Specification) пронизывает все слои драйверного пирога.

Теперь давайте представим как проходит пакет от пользовательской аппликации к посылке через модем или сетевую карту в сеть. Все клиенты Microsoft, такие как браузер IE, или Outlook, пользуются одним и тем же слоем библиотек, откликающихся на имя транспортные библиотеки.