设备驱动程序和Windows

Question

设备驱动程序和Windows

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我正在努力完善PC和操作系统之间的交互方式。在设备驱动程序方面，我有些疑惑。请不要说这太复杂或者在使用高级编程语言和WinAPI函数时不需要了解这些内容。我想要学习，因此希望了解这些内容。

基本上，我认为操作系统和PC（指硬件）之间的关系结构是：除了CPU可以自己执行的直接CPU命令（算术运算、寄存器访问和内存访问）外，所有其他命令都必须通过操作系统。主要是因为从第三个环级别开始，您无法使用用于访问其他硬件的in和out指令。我知道有MMIO，但必须先通过端口通信设置它。

并非一直如此。即使我有点年轻，不记得MSDOS，我也知道你可以直接访问硬件，因为没有限制，没有环模式。因此，您可以使用天气DOS功能将字符串写入显示器，或者直接访问视频卡内存并自己编写它。

但随着操作系统的发展，就不再存在这种可能性。但这没关系，因为现在操作系统处理所有硬件通信，并且在多任务环境中更方便、更安全（我会说是唯一的选择）。因此，现在您不需要使用int指令来使用BIOS映射功能或DOS功能，而是调用dll，其内部处理了您不需要了解的所有内容。

我理解这一点。我也理解设备驱动程序是在第0个环级别运行的代码片段，因此它可以执行所有硬件交互。但我不理解操作系统和设备驱动程序之间的连接。让我们举个例子——我想让声卡发出声音。因此，我调用Windows API来访问声卡，但接下来会发生什么呢？Windows会调用设备驱动程序来完成吗？

但如果它确实调用设备驱动程序，那么是否意味着所有可以通过WinAPI函数调用的设备驱动程序都必须具有以某种特定方式命名的例程？我的意思是，当我有新的声卡时，它的驱动程序必须与旧的驱动程序具有相同的函数名称吗？因此，从Windows的角度来看，Windows可以调用相同的函数吗？但是，如果Windows预定义了设备驱动程序所需的一组函数，那么它不能使用以前版本中不存在的新驱动程序。

请帮助我理解这个混乱。我真的很疯狂。谢谢。

- B.Gen.Jack.O.Neill

2个回答

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基础知识： 请注意，这个解释是简化的，有时只适用于大多数情况而不是全部。

你将遇到的大多数硬件设备都具有以下基本操作：在它们上面写入内存（或寄存器）。从它们上面读取内存（或寄存器）。

这已足以控制硬件，为其提供所需数据，并从中获取所需数据。

这些内存区域由BIOS和/或操作系统映射到PC上的物理内存范围（可能由驱动程序访问）。

因此，我们现在有了两个操作：读取和写入，设备驱动程序知道如何执行这些操作。

此外，驱动程序可以以不涉及CPU的方式进行读写。这称为直接内存访问（DMA），通常由您的硬件执行。

最后一种操作称为中断，用于让您的硬件通知驱动程序发生了某些事情。这通常是通过硬件中断CPU并调用您的驱动程序以高优先级执行某些操作来完成的。例如：硬件准备好要由驱动程序读取的图像。

- Sharon Katz

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可以查看英文原文，
原文链接

- ChrisW · Accepted Answer

一个Windows设备驱动程序类似于DLL，但与其由应用程序进行动态链接/加载不同，是操作系统进行动态链接/加载。

注册表条目告诉操作系统存在哪些设备驱动程序（以便操作系统知道要动态链接/加载哪些设备驱动程序）。

设备驱动程序在ring 0中运行。在ring zero中，它们（设备驱动程序）无法访问（不能链接或使用）Windows API，而是可以访问各种NT内核API。

基本上是这样的，所有同一类型或类别（例如所有视频驱动程序或所有磁盘驱动程序）的设备驱动程序都有相似的API，由操作系统调用（和/或由更高级别的驱动程序调用，例如磁盘驱动程序由文件系统驱动程序使用/调用）。

Windows设备驱动程序包定义了各种API，并包括各种类型设备的示例驱动程序。

操作系统正在动态链接到设备驱动程序函数：由于设备驱动程序API是预定义的，对于操作系统而言设备驱动程序是可互换的；可以编写新的设备驱动程序，只要它们支持（向后兼容）标准设备驱动程序API。

动态链接机制非常类似于COM对象或C++类实现任何预定义的纯抽象接口的方式：DDK中的头文件声明纯抽象接口（如虚函数），设备驱动程序实现这些函数，操作系统加载驱动程序并调用这些函数。