Windows设备驱动程序WDF开发的本书内容

本书主要讨论KMDF，KMDF是WDM的继续，可以把WDM驱动程序转换为KMDF驱动程序。还对UMDF设备驱动程序作了编程入门介绍。

过去，我研究过如何用DriverStudio开发工具开发Windows下的WDM设备驱动程序，承蒙电子工业出版社的厚爱，出版了《Windows 2000/XP WDM设备驱动程序开发》一书。

WDF的简单化编程，导致DriverStudio退出了Windows设备驱动程序的开发，将DriverStudio定格在3.2版本。

从形式上看，KMDF的对象和DriverStudio的类，具有相似的地方。本书的内容安排和《Windows 2000/XP WDM设备驱动程序开发》的基本一致，具体安排如下：

章 名 主 要 内 容

第1章 Windows 2000和WDM驱动程序 KMDF是WDM的继续，KMDF构建在WDM之上。对于一些Windows驱动程序的基本概念，初学者仍需要了解，如Windows 2000中的组件、驱动程序种类，以及WDM驱动程序特点等

第2章 KMDF驱动程序框架 KMDF驱动程序框架由对象和事件回调例程构成。KMDF框架中所有的事物都由对象来表示，各种事件处理都由事件回调例程来完成。学习KMDF编程，主要是学习KMDF的各种对象、对象函数和事件回调例程的编程

第3章 基本对象 KMDF提供了许多对象，本章只介绍一些基本的对象，如WDFREQUEST对象、WDFQUEUE对象等，还介绍了数据同步访问、字符串 *** 作和QueueSample实例

第4章 KMDF驱动程序编程入门 介绍Windows Vista下的KMDF驱动程序编程入门，包括KMDF驱动程序编程环境的建立，KMDF的创建、生成及安装过程，以及Win32 Console和MFC两种应用程序的编程

第5章 KMDF驱动程序和应用程序之间的通信 介绍应用程序与KMDF之间的通信，包括应用程序对KMDF的通信，以及KMDF对应用程序的通信

第6章 即插即用例程 主要介绍PnP组件、即插即用例程的加载和卸载顺序及PnpPowerSample实例等

第7章 电源管理 主要介绍系统电源状态与设备电源状态、电源管理控制标志位、设备的唤醒特征和空闲检测、电源管理编程及IdleSample实例等

第8章 KMDF过滤器驱动程序 描述如何写一个过滤器驱动程序，该驱动程序可位于功能驱动程序的上面或下面，它通过过滤流经它的IRP来修改设备的行为

第9章 USB设备开发 主要介绍USB设备的配置/接口/端点、USB数据的传输方式、USB描述符、USB编程对象、USB编程（如激活配置与中止配置、同步 *** 作、异步 *** 作）及USBSample实例等

第10章 PCI设备驱动程序开发 本章就硬件访问、中断处理和DMA传输3个方面展开讨论，并以CY7C09449芯片为例，给出一个经过测试的PCI设备驱动程序实例——PCISample实例。另外，还给出了一个不依靠硬件设备的DMASample实例

第11章 UMDF驱动程序编程入门 介绍UMDF驱动程序编程入门，包括UMDF驱动程序的创建、生成及安装，以及一个简单的实例编程

第12章 WinDbg使用介绍 WinDbg是微软提供的一个功能非常强大的调试软件，可以在源代码级别调试Windows下的WDF驱动程序。本章主要介绍用WinDbg调试KMDF和UMDF

微软推荐的WDF书籍是《Developing Drivers with the Microsoft Windows Driver Foundation》，作者是Penny Orwick和Guy Smith。

微软提供的学习WDF的中文网站地址是：www. microsoft. com/china/whdc。

开发工具

微软提供的WDF驱动程序开发工具包WDK的最新版本是WDK 1.7，可以从其网站下载。

本书实现WDF驱动程序及应用程序实例所用的工具是：Visual C++ 6.0和WDK 1.7。

本书配套光盘

本书配套光盘中含有书中所有实例的驱动程序和应用程序的全部源代码，以及生成的驱动程序和可执行的应用程序。除USBSample和PCISample实例因需要硬件设备的支持，读者无法运行外，其他11个实例均可在Windows XP和Vista下运行。

本书特点

编程入门：详细的步骤介绍，初学者的良师益友。

应用实例：对程序作了必要的注释，了解驱动程序编程的捷径。

简单实用：KMDF的编程非常简单，Winows硬件开发工程师必须掌握。

理解深刻：笔者精通Winows设备驱动程序开发和硬件开发，所有实例均为自己创造，每个实例都有其独特意义，笔者用实例诠释自己对KMDF的理解和认识。

微软推荐的WDF书籍是“理论派”，以讲解理论为主，讲得非常详细和全面；本书是“实战派”，全书以实例为主，用实例带你快速入门。

善于学习，勤于思考，勇于实践。用这句话与投身硬件开发的青年学子共勉。

希望这本书能对您现在或将来的工作有所帮助。

本书得以顺利出版，要特别感谢周利莉的一贯支持；感谢何海洋和赵庆花的支持；感谢陈建波和何亚垒的支持；感谢朱沭红编辑和电子工业出版社。

由于作者的理论水平有限，书中难免出现差错和遗漏，敬请广大计算机应用开发人员批评指正，

十年时间，跟踪Windows设备驱动程序的开发，驱动程序VxD->WDM->KMDF，工具VtoolsD->DDK、DriverWorks->WDK，但愿WDF长久。别了WDM，别了DriverStudio。

缺月挂疏桐，漏断人初静。谁见幽人独往来，缥缈孤鸿影。……

武安河

2009年元旦

一、开发工具

1，虚拟机和 *** 作系统

本人使用的win10 *** 作系统，并安装了“VMware Station11”，在虚拟机中暂时只安装了一个“win7 x64” *** 作系统，后续将安装一个win10虚拟机系统。一般情况下，我都是在虚拟机 *** 作进行驱动的安装和调试，这样可以防止将本机的 *** 作系统弄乱。

后续将尝试“通过本机winDbg来调试虚拟机中的驱动”。这是一个比较高级的调试方法，点击打开链接。

2，开发工具

本人主要使用“WDK7600”（点击打开链接）和"VS2015+wdk10"（点击打开链接）。我把前者安装在“win7 X64”虚拟机中安装，把后者安装在本机和实验室电脑上。由于我使用的教材《Windows驱动开发详解》和学习博客都是用wdk7这个版本开发，为了环境一致，故选择了在虚拟机上试验这些教材上的示例代码。

关于wdk7，参考博客：点击打开链接。

关于“VS2015+wdk10”，需要在win10系统下，先安装VS2015，再安装wdk10，此外还要安装VS2015的update。（winDbg集成到了wdk10下，路径：C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Debuggers\x64）。

注意事项：

1）VS2015默认安装，是不安装c++和sdk的，需要选择自定义安装；

2）如果已经默认安装了，这个时候再安装wdk10，会给出警告；

3）此时，可以选择先用VS2015新建一个c++项目，然后会提示你安装c++部分的模块；

4）安装好后，就可以正常安装wdk10了，如果wdk10安装好后，还有编译问题，也需要先去VS下看看是否却c++相关模块，并按上述3安装完整。

另一个需要注意的是，编译报“Inf2Cat error -2: "Inf2Cat, signability test failed. "Double click to see the tool output”，

参考博客：点击打开链接

是因为inf文件的“DriverVer”的时间不对，VS2015默认的“Inf2cat”中的时间为UTF，需要在工程属性-》“inf2cat”选择中，将local时间打开。

3，调试工具

1）debugview

在驱动程序中，调用KdPrint函数（类似C语言中printf），然后通过debugview查看打印信息。这是最常用的一种调试方法。

需要注意的是：首先要在“capture”菜单中勾选“kernel”相关的选项，表示抓取内核的信息。然后，需要使用“管理员身份”运行该软件。Debugview在win10下经常报错：

需要到“C:\Windows\System32\drivers”中找到“dbgv.sys”，删除它，再使用“管理员身份”运行该软件。

2）

4，调试手段

1）驱动安装阶段，可以到“C:\Windows\System32\drivers”目录下看相应的“sys”文件是否到位。

2）cmd->regedit打开注册表，再在“编辑”菜单下“查找”对应的设备信息。

3）使用KdPrint函数打印log和DebugView软件抓取log（最常用的手段）；

4）在驱动代码中写log文件（理论上可行，待探索）；

5）存储dump信息。所谓dump信息，就是在系统奔溃之前， *** 作系统会将当前的调用堆栈记录成一个dump文件。（详细设置系统转存dump信息，可以参考《Windows驱动开发技术详解》最后一章，或博客：点击打开链接）。设置好dump文件后，遇到蓝屏，再将dump文件放到WinDbg中查看，这也是一个中常用的调试手段。

6）IRPTrace，这个软件可以跟踪IRP，但是win7及后续版本都不可用，可以尝试自己写程序跟踪。

7）PCITree，查看设备挂载；

8）WinObject，查看驱动中的各种对象信息。

9）WinDbg调试虚拟机，这是一个高级应用。配合VS2015可以查看“内存”、“调用堆栈”、“线程”和“反汇编”。

注：在驱动的开发过程，需要逐渐掌握各种工具和调试手段。

二、开发框架

从我最近的浏览的资料来看，Windows驱动程序大致有三种类型：NT驱动、WDM驱动和WDF驱动。其中，NT驱动是非即插即用（Plug-in-and-Play，PNP）式的，它是一项系统服务，目前的设备类驱动大都不是这种类型，不是我的关注点，后面将不展开介绍。WDM驱动和WDF驱动都是即插即用的驱动，后者是前者的升级版。

1，WDM框架

WDM是早前的Windows驱动开发框架，虽然现在微软推荐用WDF，但是，学习WDM一是能够更对地了解 *** 作系统的内部机制（WDF是对WDM更高层次的封装），二是《Windows驱动开发技术详解》以及网上的很多博文都是用的WDM，从学习角度出发也需要掌握一定的WDM知识。

WDM框架的基本知识，可以参考博文：点击打开链接。后续我也用单独的博文来讲解这方面的内容，主要包括：

1）驱动对象与设备对象（DriverObject vs Device Object）；

2）物理设备对象（PDO）和功能设备对象（FDO）；

3）驱动的层次结构：水平层次（eg：FDO之间）和垂直层次（FDO到PDO）；

4）入口函数（DriverEntry）；

5）设备扩展（DRIVER_EXTENSION）；

6）重要的例程（routine）：AddDevice

7)IRP机制（I/O Request Package）：MajorFunction（MJ)）和MinorFunction(MN)；

2，WDF框架

对于WDF框架，可以参考《Window7设备驱动开发》这本书。WDF框架可以分为KMDF（Kernel Model Driver Frame）和UMDF（User Model Driver Frame），其驱动模型如下：

1）WDF对象（属性、方法和事件）；

2）即插即用和电源管理的集成；

3）集成的I/O排队和取消（queue）；

4）I/O模型。在Windows中，IRP的功能不仅仅是向驱动程序提供传统的I/O请求（读、写、创建等）。它是 *** 作系统和驱动程序、驱动程序和驱动程序之间一种基于数据包的通信机制。

3，一个典型的KMDF驱动程序

通过VS2015新建一个项目，选择“KMDF”，它会产生如下文件：

1）public.h中定义GUID和CTL_CODE，并提供给应用程序使用；

2）trace.h定义的调试宏和函数，暂不关注；

3）driver.h和driver.c定义了主要的框架代码。包括：入口函数（DriverEntry）、加载设备的例程（KMDFDriver1EvtDeviceAdd）和清理上下文区的函数。该文件都是框架性的代码，在驱动开发的过程中，可以选择一个框架，选定框架后，一般不在该文件中添加功能，而是放到“device.c”和“queue.c”。

4）device.h和device.c，主要处理设备相关的功能，与设备交互的实现放在该文件中。主要包括设备初始化和资源释放；

5）queue.h和queue.c，主要处理IRP，包括KMDFDriver1EvtIoDeviceControl；

Windows Driver Foundation (WDF)

WDF 为内核模式或用户模式定义单一驱动程序模型，该模型支持创建面向对象、事件驱动的驱动程序。借助 WDF，驱动程序编写人员可以专注于设备硬件，而不是 *** 作系统。

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