第十三讲 驱动程序概述及模型

应用程序可以在需要时才将DLL载入到内存
中，这让程序的可维护性变得很高。

比如微软的操作系统经常需要升级，微软的
程序员不必将操作系统代码都重写一遍，只 需将需要升级的相关DLL文件重写即可。

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动态链接库的组成
DLL是一种磁盘文件，以dll、DRV、FON、 SYS和许多以EXE为扩展名的系统文件都可 以是DLL。 它由全局数据、服务函数和资源组成，在运 行时被系统加载到进程的虚拟空间中，成为 调用进程的一部分。 如果与其它DLL之间没有冲突，该文件通常 映射到进程虚拟空间的同一地址上。
Device.exe
GWES.exe
FileSys.exe
鼠标驱动 网卡 电池 声卡 串口 NLED USB HOST HID ATADisk Printer SerCard rNDIS Mass Storage 图5.2 系统进程与其加载的驱动程序
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PCMCIA Host
键盘驱动 触摸屏驱动 打印机驱动 显示驱动
操作系统没有内置支持的硬件
扩展已有驱动的功能 提供软件层面的服务

伪驱动（Pseudo Driver）:所谓的伪驱动,就是不是 真正意义上的驱动;而挂着驱动的名号,却又是因为和 底层驱动有着千丝万缕的联系.

5.1.3 驱动程序模型
为简化驱动程序的编写，把驱动程序分层 提取某一类外设的共性，作为独立的一层，并
不经修改就可在总线工作； 尽量减少驱动程序在不同的硬件平台上移植所作的改动 对于特定的驱动技术，实现尽量多的功能； 在PB IDE的Catalog View中要有对应的可选项； 对硬件设备所依赖的总线不作任何假设； 对源代码有充分的注释； 尽量使用Windows CE5.0的特性； 尽量减少PDD的代码，使驱动程序更加方便移植； 对于资源的分配，尽量使用注册表进行配置； 提供可重用平台无关的库。
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EXE文件的软肋

源代码都静态编译到整个应用程序EXE文件
中，会产生一些问题。
一是增加了应用程序的大小，占用更多的磁盘空间，程
序运行时也会消耗较大的内存空间，造成系统资源的浪
费。
另一个缺点是，在编写大的EXE程序时，在每次修改重
建时都必须调整编译所有源代码，增加了编译过程的复
驱动程序模型 动态链接库 动态链接库的特点与实现（重点） 动态链接库的加载 动态链接库的静态加载（难点）

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教学重点
驱动程序的基本概念 动态链接库

教学难点
动态链接库的编制及静态加载方法
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大部分驱动程序的代码放在目录
%_WINCEROOT%\PUBLIC\COMMON\OAK\ DRIVERS\下，这些驱动程序都是与平台无关 的。 在BSP目录中也有一些驱动程序的代码，在目 录%_WINCEROOT%\PLATFORM\<BSP NAME>\SRC\DRIVERS\中，这些驱动都是与 平台相关的。


PDD层的特性：
包含与某款硬件相关的代码； 对于不同的硬件产品或标准有不同的实现； 只能与某一类MDD协同工作； 实现MDD所需要的DDSI函数。

在PB中自带的驱动程序中，声卡驱动程序的代
码是典型的分层驱动程序例子。 %_WINCEROOT%\PUBLIC\COMMON\OAK\ DRIVERS\WAVEDEV目录下

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动态链接库的几点注意

DLL中包含各种导出函数，用于向外界提供 服务。

DLL有自己的数据段，但没有自己的堆栈，
使用与调用它的程序相同的堆栈。


一个DLL在内存中只有一个实例。
DLL的编制与具体的编程语言及编译器无关。
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5.2.4 Windows CE驱动程序的分类（P202） 5.2.5 示例驱动程序代码
PB自带了大量的驱动程序代码
Production-Quality

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Device Driver（P205）特性
第五章 驱动程序设计
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教学目的

Windows CE5.0驱动程序设计的基本概念； 掌握Windows CE5.0动态链接库的编制方
法；掌握Windows CE5.0动态链接库的静
态加载方法
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项目9：驱动程序的编制 本节课程主要知识点
杂性，也不利于阶段性的单元测试。
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Windows CE中如何解决问题？

Windows CE中内存资源更少，甚至都没有 硬盘，资源问题更为突出。

Windows系统平台上提供了一种有效的编程 和运行环境，你可以将独立的程序模块创建 为较小的文件，并可对它们单独编译和测试。

单体驱动程序
即所有的驱动程序代码（包括中断处理、I/O操作及硬 驱动程序代码相对紧凑， 件控制等）都被放在一起。 对于效率要求较高的场 会暴露DDI接口（Device合，可以选择。同时此 Driver Interface）给操作系统。 模型相对清晰 DDI函数是操作系统与驱动程序交互的接口协议。

了解驱动程序的模型

不同的操作系统会提供不同的驱动模型
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5.2 Windows CE驱动程序

5.2.1 Windows CE驱动程序开发简介
驱动程序的两种形式
.LIB库文件，随操作系统的启动和关闭进行加载和 卸载； 操作系统启动后对硬件进行延迟加载。
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EXE文件

比较大的应用程序都由很多模块组成，这些 模块分别完成相对独立的功能，它们彼此协 作来完成整个软件系统的工作。

可能存在一些模块的功能较为通用，在构造 其它软件系统时仍会被使用。
在构造软件系统时，常常将所有模块的源代 码都静态编译到整个应用程序EXE文件中。
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给驱动程序分层后，MDD和PDD之间还需要一个接 口协议。故分层驱动中有两类接口函数：操作系统 与MDD之间的DDI与MDD和PDD之间的DDSI （Device Driver Service provider Interface） 通常，MDD层的代码与PDD层的代码被编译成独立 的静态LIB库，然后进行链接，形成可执行的驱动程 序。MDD与PDD的划分只是在源代码逻辑层面，在 驱动程序的二进制可执行代码中不存在分层概念 MDD的特性：
பைடு நூலகம்
文件系统驱动
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Device.exe在Windows
CE中称做设备管理器。 负责加载和管理Windows CE下绝大多数的设备 驱动程序，包括网卡驱动、电池驱动、声卡驱 动、串口驱动、USB设备驱动及PCMCIA驱动 等； GWES.exe通常是一些与图形界面相关的I/O设 备驱动。例如鼠标键盘驱动、显卡的驱动及触 摸屏驱动等。 FileSys.exe在系统中负责管理Windows CE中的 对象存储和文件系统。故FileSys.exe须负责加 载所有的文件系统驱动程序。如FAT文件系统驱 动和CDFS文件系统驱动等。
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动态链接库（Dynamic Link Library）

动态链接库缩写为DLL。 DLL是一些编译过的可执行程序模块、数据 或其他资源，可以被应用程序或其他DLL调 用。 DLL的应用非常广泛，可以实现多个应用程 序的代码和资源共享。
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包含某一类驱动程序所通用的代码； 调用PDD层访问硬件设备； 与PDD层代码进行链接，定义PDD层必须实现的DDSI函 数，并在代码中使用这些函数； 对于操作系统实现DDI函数，供操作系统与驱动程序交互；

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MDD的特性：
进行中断处理； 对于同一类型的驱动程序，代码可重用； 编译后生成的lib库可与不同的PDD库进行链接； 通常无须改动； 中断处理线程IST通常位于这一层。


5.2.2 Windows CE驱动程序的宿主
DLL无法单独被加载和运行，必须先有一个
EXE进程将DLL加载到自己的地址空间 Windows CE中有3个系统进程会加载和执行驱 动程序的DLL，分别是Device.exe， GWES.exe，FileSys.exe
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提供通用的代码和库
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5.1.4 编写驱动程序的几个要素
了解驱动程序所针对的硬件（Datasheet） 了解目标操作系统下驱动的工作机制
驱动程序的加载和卸载； 驱动程序的初始化工作； 外设I/O的访问； 中断的处理； DMA的处理； 内存的使用以及异步操作的进行方式等。
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5.1驱动程序基本知识

5.1.1 驱动程序的功能
驱动程序是操作系统与硬件交互的方式，是连
接硬件与操作系统之间的桥梁； 独立的“黑盒子”，定义好的编程接口，隐藏 设备工作的细节； 驱动程序的作用是实现这组接口，并映射到具 体的对硬件的某项操作上。
驱动程序 接口
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5.2.3 分层驱动程序与单体驱动程序
GWES
DDI函数
DDI函数
分层驱动程序 MDD DDSI函数 PDD
单体驱动程序
硬件
图5.3 单体驱动程序与分层驱动程序
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5.2.3.1
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动态链接库的特点
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共享资源

共享代码、资源和数据。DLL不仅可以包含 可执行的代码，还可以包括数据和各种资 源等，扩大了库文件的使用范围。
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方便应用程序的扩展

由于DLL能被应用程序动态载入内存。所以，

Windows
CE的所有驱动程序都以用户态下的 DLL文件形式存在，运行在用户态。
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驱动程序作为用户态DLL的优点：
给操作系统和驱动程序带来了很大的灵活性，动态 加载所需的驱动程序，可实现外设的即插即用； 增强系统的稳定性； 给驱动开发人员提供便利。
应用程序
Send()
系统调用
操作系统 SendPackage() 网卡驱动程序1 网卡驱动程序2 MySendPackage2() 网卡2
驱动程序接口
MySendPackage1() 网卡1
硬件操作
图5.1 驱动程序模型
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5.1.2 何时编写驱动程序

这些较小的模块就是动态链接库DLL。
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Windows CE中的DLL

在运行时，只有当EXE程序确实要调用这些 DLL模块的情况下，系统才会将它们装载到 内存空间中。

Windows自己就将一些主要的系统功能以
DLL模块的形式实现。
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5.2.3.2

分层驱动程序
分两层：上面一层是模型设备驱动（Model Device Driver，MDD），下面一层是平台相关驱动（Platform Dependence Driver，PDD） MDD层包含某一类型的驱动程序所通用的代码；PDD 层包含特定的硬件或平台专用的代码。 操作系统访问硬件时，MDD层会调用特定的PDD函数 PB会自带某类型驱动的MDD代码，无须修改；只须修 改PDD层的代码。