现代微机原理与接口技术接口第10章.ppt

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1、现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术第第10章章PC机的高级编程技术机的高级编程技术1现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.1PC机环境下软件对接口的访问层次机环境下软件对接口的访问层次裸机裸机BIOS直接访问直接访问操作系统操作系统驱动程序驱动程序间接访问间接访问应用程序应用程序2现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术1.直接访问层次直接访问层次特点特点：可以直接进行内存和端口的访问，也可以：可以直接进行内存和端口的访问，也可以自行决定是否在实模式和保护模式间切换。自行决定是否在实模式和保护模式间切换。通常所有的端口和内存都是对程序员开放通常所有的端口和内存都是对程

2、序员开放的。的。工具工具：汇编语言或：汇编语言或C语言。语言。应用应用：BIOS都是基于这种低级层次用汇编来编写都是基于这种低级层次用汇编来编写的。驱动程序也有使用这种方法的。的。驱动程序也有使用这种方法的。优点优点：能够编写速度最快，占用空间最小的有效：能够编写速度最快，占用空间最小的有效代码。代码。缺点缺点：需要对硬件和接口有很熟悉的了解。：需要对硬件和接口有很熟悉的了解。要会汇编，或熟练使用要会汇编，或熟练使用C语言的指针。语言的指针。不利于增加对新设备的控制。不利于增加对新设备的控制。3现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术2.BIOS访问层次访问层次特点特点：通过：通过BIOS

3、提供的功能调用间接地对内存提供的功能调用间接地对内存或端口访问，从而控制硬件。或端口访问，从而控制硬件。工具工具：汇编语言或：汇编语言或C语言。语言。应用应用：驱动程序有些会使用这些功能调用。需要：驱动程序有些会使用这些功能调用。需要获得高效率的应用程序也采用这种方法。获得高效率的应用程序也采用这种方法。优点优点：能够编写速度较快的有效代码。：能够编写速度较快的有效代码。可以不需要编写直接对硬件进行控制的代可以不需要编写直接对硬件进行控制的代码。码。缺点缺点：需要对底层信号有所了解。：需要对底层信号有所了解。增加对新设备的控制不是很方便，但好于增加对新设备的控制不是很方便，但好于低级层次。低级

4、层次。4现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术3.驱动程序层次驱动程序层次特点特点：使用：使用BIOS功能调用和直接内存访问的方功能调用和直接内存访问的方法编写符合特定操作系统管理规范的设备法编写符合特定操作系统管理规范的设备驱动程序。驱动程序。工具工具：VC+与与DDK开发包，或第三方开发工具开发包，或第三方开发工具如如DriverStudio。应用应用：在操作系统层面上的设备控制，并为应用：在操作系统层面上的设备控制，并为应用程序提供程序提供API支持。支持。优点优点：既控制硬件，又保证操作系统的完整与安：既控制硬件，又保证操作系统的完整与安全。全。缺点缺点：需要对底层信号有所了解。

5、：需要对底层信号有所了解。需要对操作系统的各个管理模块有深入的需要对操作系统的各个管理模块有深入的了解。了解。5现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术4.应用层次应用层次特点特点：使用操作系统各种驱动程序所提供的功能：使用操作系统各种驱动程序所提供的功能调用或调用或API函数间接对硬件或内存进行访函数间接对硬件或内存进行访问。问。工具工具：VC+、Delphi、Java等。等。应用应用：编写面向终端用户的各类应用程序。：编写面向终端用户的各类应用程序。优点优点：无需对硬件控制有太多了解，只需完成应：无需对硬件控制有太多了解，只需完成应用层面的工作就可以用层面的工作就可以，而且还保证操作系

6、，而且还保证操作系统的完整与安全。统的完整与安全。缺点缺点：需要了解大量的：需要了解大量的API和功能调用函数的功和功能调用函数的功能。能。由于是间接调用，所以代码的效率和编译由于是间接调用，所以代码的效率和编译系统有很大的关系。系统有很大的关系。6现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术16位段地址位段地址16位段内偏移位段内偏移:16位段地址位段地址16位段内偏移位段内偏移（左移四位）（左移四位）+20位物理地址位物理地址=6417H 0100H6417H10H+0100H=64170H+0100H=64270H采用了内存分段的办法，内存分为若干段，段的大小采用了内存分段的办法，内存分

7、为若干段，段的大小根据需要决定，最大为根据需要决定，最大为64KB10.2.1实地址模式的存储管理（同实地址模式的存储管理（同PC/XT）10.2Pentium4的内存管理的内存管理接口直接访问接口直接访问7现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术0000000A0000100000110000FFFFFF640KB常规内存常规内存384KB高端内存高端内存64KB高内存区高内存区14095MB扩展内存扩展内存存放用户程序和存放用户程序和DOS驻留部分驻留部分存放显存、网卡和部分存放显存、网卡和部分用户的用户的DOS驱动程序和驱动程序和BIOS存放部分存放部分DOS驻留程序驻留程序大于大于

8、1M以上的以上的扩展内扩展内存，存，DOS下不能直接访下不能直接访问，需要用问，需要用XMS规范使规范使用。可利用用。可利用DOS调用或调用或BIOS调用来使用。调用来使用。8现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.2.2保护模式下使用的系统地址寄存器保护模式下使用的系统地址寄存器GDTR48位的全局描述符表寄存器位的全局描述符表寄存器全局描述符表全局描述符表32位线性地址位线性地址16位界限值位界限值IDTR48位的中断描述符表寄存器位的中断描述符表寄存器中断描述符表中断描述符表32位线性地址位线性地址16位界限值位界限值TR16位的任务状态段寄存器位的任务状态段寄存器TSS的的1

9、6位选择字位选择字LDTR16位的局部描述符选择字寄存器位的局部描述符选择字寄存器LDT的的16位选择字位选择字9现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.2.3保护模式下保护模式下Pentium4的段式存储管理的段式存储管理1.段式管理的地址变换段式管理的地址变换段寄存器的段寄存器的152位位偏移量偏移量4532310段描述符段描述符段表段表32位线性地址位线性地址物理物理地址地址逻辑逻辑地址地址段基址段基址Pentium系列的虚拟地址空间是系列的虚拟地址空间是24664TB。10现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术2.段描述符段描述符D7D0段界限段界限70段界限段界限15

10、8基址基址70基址基址158基址基址2316基址基址3124TYPESAVLDPLPGD/B 0段界限段界限19160123456711现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术D7D0AVLG D/B0段界限段界限1916用户的操作系统可用位用户的操作系统可用位D/B位位代码段代码段(D位位)D=1使用使用32位操作系统位操作系统和和32位寻址方式位寻址方式D=0使用使用16位操作系统位操作系统和和16位寻址方式位寻址方式数据段数据段(B位位)B=1使用使用ESP寄存器，上寄存器，上限为限为FFFFFFFFHB=0使用使用SP寄存器，上寄存器，上限为限为FFFFHG=0段长以段长以1字节为

11、单位字节为单位G=1段长以段长以4K字节为单位字节为单位D/B位位粒度位粒度位12现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术AWREDCE=0E=1S=1DPLPD7D0存在位存在位特权位特权位S=1是非系统段是非系统段S=0是系统描述符是系统描述符代码段标志代码段标志数据段标志数据段标志兼容位兼容位可读位可读位访问位访问位扩展方向位扩展方向位可写位可写位非系统段中的第非系统段中的第5字节字节可执行位可执行位13现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术系统描述符中的系统描述符中的TYPE14现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术RPLTi选择符（段寄存器）选择符（段寄存器）1521

12、0索引索引Ti=1Ti=00101LDTLDTLDTGDT基址基址界限界限选择符选择符基址基址界限界限LDTRGDTR2215现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术#includestdafx.h#include#include/wtypes.h定义了定义了WORDLONG,/DWORD,WORD等数据类型等数据类型DWORDLONGgdtr,savegdt；/下面是下面是GDT中将创建的数据段描述符表中将创建的数据段描述符表,基地址基地址0X00000F00,/段界限为段界限为0XFFFF,优先级为优先级为3的在内存中的可写数据段的在内存中的可写数据段WORDdescriptor4=0

13、 xFFFF,0X0F00,0XF200,0X0040；intresult10；intmain（intargc,char*argv）_asmpushebpsgdtgdtr/将将GDTR寄存器的内容读取到寄存器的内容读取到/gdtr开始的开始的6个字节中，其中个字节中，其中/前两个字节给出前两个字节给出GDT的界限值的界限值,/高高4个字节给出个字节给出GDT的基地址的基地址16现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术movebp,dwordptrgdtr+2/将将gdt的基的基/地址读到地址读到EBP中中addebp,70h/我们选择我们选择70H偏移下的段描述偏移下的段描述/符（符（GD

14、T中第中第14个描述符）个描述符）leaedi,savegdtmovesi,ebpmovsd/以上以上4条指令保存原来在条指令保存原来在70H偏移上偏移上movsd/的描述符的描述符movedi,ebpleaesi,descriptor；movsd/把我们的数据段描述符装入把我们的数据段描述符装入70Hmovsd/偏移上偏移上pushesmovax,0073h/选择字为描述符偏移选择字为描述符偏移70H拼接上拼接上/低低3位控制位元位控制位元,其中其中Ti为为0,表表/示访问示访问GDT,RPL为为11,为为3级优级优/先级先级,所以就为所以就为73H17现代微机原理与接口技术现代微机原理与接

15、口技术moves,ax/ES装入选择字装入选择字73Hleaedi,result/将存放输出结果的变量将存放输出结果的变量/的地址放在的地址放在EDI中中moveax,1movebx,1_asmmovcx,10a1：moves：eax,eaxaddeax,4loopa1/上面上面4条指令将向物理地址条指令将向物理地址/0X00000F00处写处写10个双字个双字_asmmovcx,10a2：moveax,es：ebxmovedi,eax18现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术addebx,4addedi,4loopa2/以上从物理地址以上从物理地址0X00000F00/处依次读出处依次

16、读出10个数据存放在个数据存放在/result数组中数组中_asmpopespopebpprintf（result=）；）；for（inti=0；i10；i+）printf（%d,resulti）；）；/输出结果输出结果return0；19现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.2.4保护模式下保护模式下Pentium4的虚拟页式存储管理的虚拟页式存储管理主存主存页框页框页面页面程序程序1程序程序2程序程序320现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术PGEPCE83176543210MCEPAE PSEDE TSDVMEPVI保留，缺省为全保留，缺省为全0CR4PAEPSE物理

17、地址位数物理地址位数页面大小页面大小0032位位4KB0132位位4KB/4MB1036位位4KB1136位位4KB/2MB21现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术4KB分页方式分页方式3112119876543210PWTPCD页表基地址页表基地址3112PRWUSAVLAD0页目页目录项录项PWTPCD页框基地址页框基地址3112PRWUSAVLAD页表页表项项3112119876543210P=出现位，出现位，US=用户用户/监督位，监督位，PCD是页是页Cache禁止，禁止，D=Cache“脏脏”位，位，RW=读读/写位，写位，PWT=页写贯穿位，页写贯穿位，A=访问位，访问位

18、，AVL=用户的操作系统可用用户的操作系统可用位。而第位。而第7位（位（PS）在）在4KB分页中为分页中为0页目录页目录32位线位线性地址性地址页目录项号页目录项号页面号页面号偏移偏移CR332位物理地址位物理地址31222112110页表页表低低12位位高高20位位22现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术4MB分页方式分页方式3122876543210PWTPCD页框基地址页框基地址3122PRWUSAD1页目录项页目录项32位线性位线性地址地址页目录项号页目录项号偏移偏移CR332位物理位物理地址地址3122210页目录页目录低低22位位高高10位位23现代微机原理与接口技术现代微

19、机原理与接口技术31543210PWTPCD32字节对齐的字节对齐的PDPT基地址基地址CR3寄存器寄存器63363512116543210PWTPCDPAVLPDPT项项4KB对齐的页目录基地址对齐的页目录基地址（高（高24位）位）63363512119876543210PWTPCD4KB对齐的页表基地址对齐的页表基地址PRWUSAVLA0页目录项页目录项PWTPCD4KB对齐的页框基地址对齐的页框基地址PRWUSAVLAD页表项页表项633635121198765432100GPentiumIII36位地址下的位地址下的4KB分页方式地址转换分页方式地址转换32位线性地址位线性地址页目录项

20、号页目录项号页面号页面号偏移偏移CR336位物理地址位物理地址313029212012110页目录页目录页表页表PDPT项号项号页目录指针表页目录指针表464位位51264位位51264位位低低12位位高高24位位24现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术32位线性地址位线性地址页目录项号页目录项号偏移偏移CR336位物理地址位物理地址31302921200页目录页目录PDPT项号项号页目录指针表页目录指针表464位位51264位位页目录项页目录项PWTPCD2MB对齐的页框基地址对齐的页框基地址PRWUSAVLAD6336352120121198765432101G低低21位位高高15

21、位位PentiumIII36位地址下的位地址下的2MB分页方式地址转换分页方式地址转换25现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术计算机底层硬件计算机底层硬件操作系统内核与操作系统内核与VxD操作系统提供的接口操作系统提供的接口应用软件应用软件10.3.1虚拟机与虚拟机与VxD的引入的引入特权级特权级3特权级特权级010.3Windows9x驱动程序编写驱动程序编写26现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术Windows9xSYSVMWin16地址空间地址空间Win16程序程序Win16程序程序Win16程序程序Win16程序程序Win32程序程序Win32地址空间地址空间Win32

22、程序程序Win32地址空间地址空间DOSVMDOS程序程序DOSVMDOS程序程序27现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.3.1保护模式下的保护模式下的I/O端口访问端口访问执行执行in,out指令指令CPLIOPL？IOPM相关位相关位=0？进行进行I/O操作操作否否否否产生一个一产生一个一般保护异常般保护异常是是是是IOPM是对所有是对所有VM都都起作用的权限机制，它以起作用的权限机制，它以位（位（bit）来代表每个端）来代表每个端口。某位为口。某位为1，则该代表，则该代表的端口被禁止访问；某位的端口被禁止访问；某位为为0；则允许访问该位所；则允许访问该位所代表的端口。代表的

23、端口。IOPL用以表示指定的用以表示指定的I/O操作处操作处于特权级的哪一级。它在于特权级的哪一级。它在EFLAGS中。中。CPL当前段的当前段的I/O优先级，它实优先级，它实际上是际上是CS段选择符的第段选择符的第0第第1位。位。28现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术V86模式下（模式下（DOSVM）的）的I/O端口访问端口访问执行执行in,out指令指令IOPM相关位相关位=0？进行进行I/O操作操作否否产生一个一产生一个一般保护异常般保护异常是是如何捕获一个端口的访问？如何捕获一个端口的访问？29现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术30现代微机原理与接口技术现代微机原理

24、与接口技术10.3.2保护模式下对中断或异常的处理保护模式下对中断或异常的处理外部中断和处理器异常外部中断和处理器异常软中断软中断CPL门描述门描述符的符的DPL?是是访问各类门描述符访问各类门描述符转移后代码段转移后代码段的的DPLCPL？是是执行执行0特权级别中的中断处理程序特权级别中的中断处理程序禁止访问禁止访问否否否否31现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术CPU根据中断向量表根据中断向量表IDT调用相应的调用相应的VMM异常处异常处理程序，从而切换到理程序，从而切换到0特权级别。特权级别。其他各种其他各种VxD可以通过安装回调例程来响应处理各可以通过安装回调例程来响应处理各种

25、异常和中断种异常和中断，但是它们不能改变中断描述符表，但是它们不能改变中断描述符表IDT中中给出的各种给出的各种VMM异常处理程序。异常处理程序。VMM异常处理程序通过使用异常处理程序通过使用CALL指令调用安装指令调用安装的各个回调例程的各个回调例程或自身处理异常。或自身处理异常。对于硬件中断，对于硬件中断，VMM则将控制权交给则将控制权交给VPICD（虚拟（虚拟可编程中断控制器）处理，可编程中断控制器）处理，VPICD就调用其他就调用其他VxD通通过系统服务过系统服务VPICD_Virtualize_IRQ安装的回调例程处安装的回调例程处理硬件中断。理硬件中断。一个回调例程要么处理中断和异

26、常，要么忽略该中一个回调例程要么处理中断和异常，要么忽略该中断，但是断，但是它必须使用它必须使用RET指令返回到指令返回到VMM异常处理程异常处理程序。序。32现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术VMM异常处理程序使用异常处理程序使用IRET或或IRETD指令返回到指令返回到虚拟机中，虚拟机中的应用程序重新获得控制从而继虚拟机中，虚拟机中的应用程序重新获得控制从而继续执行。续执行。Win32程序程序虚拟机虚拟机VxD中中的回调的回调函数函数异常处异常处理程序理程序VPICDINTxCALLRETIRETIRET硬件中断硬件中断RET33现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术思路：

27、思路：在中断描述符表中在中断描述符表中构造一个中断门描述符，使它的构造一个中断门描述符，使它的DPL=3，这样它就可以被用户级的程序访问，将该中这样它就可以被用户级的程序访问，将该中断门描述符的段选择字设为断门描述符的段选择字设为028H，显然该选择字对应，显然该选择字对应的代码段在的代码段在GDT中，由于其基地址为中，由于其基地址为00000000H，段，段界限为界限为FFFFFFFFH，所以现在中断门的偏移量就实，所以现在中断门的偏移量就实际给出了中断处理程序入口的线性地址，我们只要把际给出了中断处理程序入口的线性地址，我们只要把一个过程作为中断处理程序，这个过程就处在核心级一个过程作为中

28、断处理程序，这个过程就处在核心级里了。里了。程序如下：程序如下：特殊应用：如何利用保护模式下中断的处理特殊应用：如何利用保护模式下中断的处理流程设法使自己从用户级转到核心级？流程设法使自己从用户级转到核心级？34现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术#includestdafx.h#include#include/wtypes.h定义了定义了DWORDLONG,/DWORD,WORD等数据类型等数据类型DWORD_cr0；/用来保存用来保存CR0寄存器的值寄存器的值void_declspec（naked）newint3（void）/运行在核心级的运行在核心级的/中断中断3处理程序处理程序

29、_asmmoveax,cr0/这是必须在核心级才能执行的这是必须在核心级才能执行的/特权指令特权指令mov_cr0,eax_asm iretd/中断返回（中断返回（为什么不是为什么不是ret?）35现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术intmain（intargc,char*argv）DWORDLONGidtr,saveidt；WORDnewgate4=0 x0000,0 x0028,0 xee00,0 x0000；/中断门描述符，中断门描述符，DPL=3_asmsidtidtr/将将IDTR的值存在的值存在idtr变量开变量开/始的始的6个字节中个字节中movebx,DWORDptr

30、idtr+2/把把IDT的的/基地址读入基地址读入EBX寄存器寄存器addebx,24/选择中断选择中断3作为进入核心级的作为进入核心级的/入口，中断入口，中断3的门描述符的门描述符/的地址是的地址是IDT基地址加上基地址加上3*8/（每个门描述符（每个门描述符8个字节）个字节）movesi,ebxleaedi,saveidt36现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术movsd/保存原来中断保存原来中断3的门描述符的门描述符movsd/到到saveidt中中leaeax,newint3movnewgate,axshreax,16movnewgate+6,ax/向新的中断描述符中填入向新的

31、中断描述符中填入/中断处理程序的入口偏移量中断处理程序的入口偏移量leaesi,newgatemovedi,ebxmovsd/用新中断描述符在用新中断描述符在IDT中中movsd/替换原来的中断替换原来的中断3描述符描述符int3h/触发中断触发中断3，使程序跳转到，使程序跳转到/0级执行中断处理程序级执行中断处理程序37现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术leaesi,saveidtmovedi,ebxmovsdmovsd/恢复原来中断恢复原来中断3的门描述符的门描述符printf（cr0=0 x%x,_cr0）；）；/输出结果输出结果return0；38现代微机原理与接口技术现代微

32、机原理与接口技术10.3.3虚拟设备驱动程序（虚拟设备驱动程序（VxD）基础）基础1.VxD的文件结构的文件结构VxD的五个段的五个段VxD_CODE保护模式下的代码段保护模式下的代码段含设备驱动程序回调例程、服务程序、含设备驱动程序回调例程、服务程序、API接口函数和接口函数和控制程序。控制程序。VxD_DATA保护模式下的数据段保护模式下的数据段包含设备描述块、服务表、全局变量等。包含设备描述块、服务表、全局变量等。VxD_ICODE保护模式下的初始化代码段保护模式下的初始化代码段初始化的时候用的服务程序和过程。初始化后被丢弃初始化的时候用的服务程序和过程。初始化后被丢弃VxD_IDATA

33、保护模式下的初始化数据段保护模式下的初始化数据段初始化时用的数据。初始化后被丢弃。初始化时用的数据。初始化后被丢弃。VxD_REAL_INIT实模式下的初始化资料与代码实模式下的初始化资料与代码该过程返回后被丢弃。该过程返回后被丢弃。39现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术typedef struct tagDDB DWORD DDB_Next；/VMM使用这一项来指出使用这一项来指出/下一个下一个DDB的地址的地址WORDDDB_SDK_Version；/建立该建立该VxD所使用的所使用的/SDK/DDK的版本号的版本号WORDDDB_Req_Device_Number；/设备设备I

34、D。/UNDEFINED_DEVICE_ID表示表示/不使用唯一不使用唯一IDBYTEDDB_Dev_Major_Version；/VxD的主版本号的主版本号BYTEDDB_Dev_Minor_Version；/VxD的次版本号的次版本号WORDDDB_Flags；/DDB标志位标志位BYTEDDB_Name8；/VxD的名字，不足的名字，不足8个字节必须个字节必须/以空格补满以空格补满DWORD DDB_Init_Order；/指定指定VxD的初始化顺序，如果没的初始化顺序，如果没/有特别的初始化要求就使用有特别的初始化要求就使用/UNDEFINED_INIT_ORDERDWORD DDB_

35、Control_Proc；/设备控制程序的地址设备控制程序的地址DWORD DDB_V86_API_Proc；/V86API程序的入口地址程序的入口地址2.VxD的设备描述符块的设备描述符块DDB40现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术DWORD DDB_PM_API_Proc；/保护模式保护模式API程序的入口地址程序的入口地址DWORD DDB_V86_API_CSIP/V86入口点的入口点的CS：IPDWORD DDB_PM_API_CSIP；/保护模式入口点的保护模式入口点的CS：IPDWORD DDB_Reference_Data；/实模式初始化代码设置的参实模式初始化代码设

36、置的参/考资料考资料DWORD DDB_VxD_Service_Table_Ptr；/VxD服务表的地址服务表的地址DWORD DDB_VxD_Service_Table_Size；/VxD服务表中提服务表中提/供的供的VxD服务的数目服务的数目 DDB；41现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术3.VxD的加载与卸载的加载与卸载动态加载动态加载API函数函数发的消息发的消息功能功能CreateFileSys_Dynamic_Device_Init加载加载VxDDeviceIOControlW32_DeviceIOControl与与VxD进行交互处理进行交互处理CloseHandleSy

37、s_Dynamic_Device_Exit卸载卸载VxDhDevice=CreateFile（.myfirst.vxd,0,0,0,OPEN_EXISTING,FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE,0）；）；DeviceIoControl（hDevice,DIOC_MY_IO,NULL,0,NULL,0,NULL,NULL）；）；CloseHandle（hDevice）；）；42现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术静态加载静态加载43现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.4Windows2000/XP设备驱动程序设计设备驱动程序设计10.4.1Windows2

38、000/XP的设备驱动程序的设备驱动程序虚拟设备虚拟设备驱动程序（驱动程序（VDD）内核模式内核模式驱动程序驱动程序文件系统文件系统驱动程序驱动程序保留设备保留设备驱动程序驱动程序PnP驱动程序驱动程序显示显示驱动程序驱动程序WDM驱动程序驱动程序类驱动程序类驱动程序迷你驱动程序迷你驱动程序可以使可以使DOS应用程序访问应用程序访问x86平平台上的硬件，也可以支持台上的硬件，也可以支持Windows9x下的对端口访问下的对端口访问是一种遵循电源管理协议并能是一种遵循电源管理协议并能在在Windows98和和Windows2000间实现源代码级兼容的间实现源代码级兼容的PnP驱动程序驱动程序用于

39、显示和打用于显示和打印设备的内核印设备的内核模式驱动程序模式驱动程序在本地硬盘或网络上实在本地硬盘或网络上实现标准现标准PC文件系统模型文件系统模型（包括多层次目录结构（包括多层次目录结构和命名文件概念）和命名文件概念）主要包括主要包括WindowsNT早期版本早期版本的驱动程序，它直接控制一个硬的驱动程序，它直接控制一个硬设备而不用其他驱动程序帮助，设备而不用其他驱动程序帮助，可以不做修改地在可以不做修改地在Windows2000中运行中运行44现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.4.2WDM的基本结构的基本结构1.基本概念基本概念设备对象设备对象：系统为帮助软件管理硬件而创建

40、的一个数据：系统为帮助软件管理硬件而创建的一个数据结构。一个物理设备可以有多个这样的数结构。一个物理设备可以有多个这样的数据结构。据结构。物理设备对象物理设备对象：简称简称PDO，处于设备对象栈最底层的，处于设备对象栈最底层的设备对象。每个物理设备被创建一个设备对象。每个物理设备被创建一个PDO功能设备对象功能设备对象：简称简称FDO，在，在PDO之上，描述设备功之上，描述设备功能的相关数据结构。能的相关数据结构。过滤器设备对象过滤器设备对象：简称：简称FiDOs，在在FDO的上面或下面，的上面或下面，分别称为上层过滤器和下层过滤器。用于分别称为上层过滤器和下层过滤器。用于修改现有功能驱动程序

41、的行为。修改现有功能驱动程序的行为。设备对象栈设备对象栈：设备对象栈代表处理请求的驱动程序层次。：设备对象栈代表处理请求的驱动程序层次。45现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术FiDOFDOFiDOPDO上层过滤器驱动程序上层过滤器驱动程序功能驱动程序功能驱动程序下层过滤器驱动程序下层过滤器驱动程序总线驱动程序总线驱动程序IRPI/O系统服务系统服务Win32子系统子系统应用程序应用程序I/O管理器管理器用户态用户态核心态核心态设备对象栈设备对象栈46页46现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术WDM驱动程序模型中，每个硬件设备可以有多个驱动程序模型中，每个硬件设备可以有多个驱动

42、程序：驱动程序：功能驱动程序功能驱动程序：管理：管理FDO所代表的设备，负责其初始所代表的设备，负责其初始化、处理化、处理I/O操作完成时产生的中断事件并为用户提供操作完成时产生的中断事件并为用户提供一种适当的设备控制方式。一种适当的设备控制方式。过滤器驱动程序过滤器驱动程序：用于监视和修改：用于监视和修改IRP流。硬件或软件流。硬件或软件人员可利用过滤器驱动程序修改现有功能驱动程序的行人员可利用过滤器驱动程序修改现有功能驱动程序的行为。为。总线驱动程序总线驱动程序：负责管理硬件和计算机之间的连接。这：负责管理硬件和计算机之间的连接。这个驱动程序实际上和同类设备共同拥有。如个驱动程序实际上和同

43、类设备共同拥有。如PCI总线驱总线驱动程序。动程序。2.硬件设备的驱动程序种类硬件设备的驱动程序种类47现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术总线驱动程序检总线驱动程序检测到新的硬件测到新的硬件用户使用控制面板中的用户使用控制面板中的“添添加新硬件加新硬件”向导安装一个设向导安装一个设备备 PnP管理器为该设备和它的驱动程序在注册管理器为该设备和它的驱动程序在注册表的配置表中添加一些条目表的配置表中添加一些条目PnP管理器可能需要调整已经分配给已存在管理器可能需要调整已经分配给已存在设备的资源，使需要的资源对新设备可用设备的资源，使需要的资源对新设备可用3.设备驱动程序安装的顺序设备驱动

44、程序安装的顺序硬件接入硬件接入 PnP管理器创建管理器创建PDO48现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术驱动程序被装入后，执行驱动程序被装入后，执行DriverEntry程序。程序。来设置驱动程序中各个例程的入口地址来设置驱动程序中各个例程的入口地址PnP管理器参照注册表中的信息查找与创建的管理器参照注册表中的信息查找与创建的PDO相关的过滤器和功能驱动程序相关的过滤器和功能驱动程序PnP管理器装入最底层的过滤器驱动程序并调管理器装入最底层的过滤器驱动程序并调用其用其AddDevice函数。该函数创建一个函数。该函数创建一个FiDO，从而在过滤器驱动程序和从而在过滤器驱动程序和FiDO

45、之间建立了水之间建立了水平连接平连接按照按照INF文件的指令安装驱动程序文件的指令安装驱动程序49现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术PnP管理器继续向上执行，依次装入并调用每个管理器继续向上执行，依次装入并调用每个低层过滤器、功能驱动程序和每个高层过滤器，低层过滤器、功能驱动程序和每个高层过滤器，直到完成整个设备对象栈直到完成整个设备对象栈AddDevice把把PDO连接到连接到FiDO上上PnP管理器给设备发送各种管理器给设备发送各种PnPIRPPnP管理器给管理器给发送发送“启动设备启动设备”PnPIRP告诉驱告诉驱动程序已经给它分配了哪些资源动程序已经给它分配了哪些资源，驱动程

46、序使驱动程序使用这些资源分配启动它的设备用这些资源分配启动它的设备驱动程序处于等待处理驱动程序处于等待处理IRP的状态的状态50现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术当应用程序因要向驱动程序提出各类请求（如读、当应用程序因要向驱动程序提出各类请求（如读、写数据等）而调用相关函数的时候，就会使得写数据等）而调用相关函数的时候，就会使得I/O管管理器创建一个理器创建一个I/O请求包（请求包（IRP）。）。通常一个通常一个I/O请求包请求包(IRP)先被送到设备对象栈的先被送到设备对象栈的最上层驱动程序然后逐渐过滤到下面的驱动程序。每最上层驱动程序然后逐渐过滤到下面的驱动程序。每一层驱动程序都

47、可以决定如何处理一层驱动程序都可以决定如何处理IRP，既可以直接，既可以直接处理完该处理完该IRP就不再向下传，也可以处理完后继续传就不再向下传，也可以处理完后继续传递，还可以只做向下传递的工作。递，还可以只做向下传递的工作。当下层将请求处理完，返回的信息又通过该包的当下层将请求处理完，返回的信息又通过该包的结构逐层向上传递。结构逐层向上传递。4.IRP传递的顺序传递的顺序46页51现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术10.4.3I/O请求包请求包(IRP)I/O请求包（请求包（IRP）是驱动程序操作的中心，它）是驱动程序操作的中心，它是一个内核是一个内核“对象对象”，是预先定义的数据

48、结构是预先定义的数据结构，带带有一组对它进行操作的有一组对它进行操作的I/O管理器程序管理器程序。I/O管理器管理器接收到一个接收到一个I/O请求后，在把它传递到合适的驱动程请求后，在把它传递到合适的驱动程序栈中的最高驱动程序之前，分配并初始化一个序栈中的最高驱动程序之前，分配并初始化一个IRP。一个一个IRP有一个固定的首部和一个可变数目的有一个固定的首部和一个可变数目的I/O栈栈。52现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术53现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术创建异步创建异步IRP的的IoBuildAsynchronousFsdRequest创建同步创建同步IRP的的IoB

49、uildSynchronous-FsdRequest创建同步创建同步IRP_MJ_DEVICE_CONTROL或或IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL请求的请求的IoBuildDeviceIoControlRequest创建其他种类创建其他种类IRP的的IoAllocateIrp创建某些创建某些IRP的子的子IRP的的IoMakeAssociatedIrp。创建创建IRP的可以是的可以是I/O管理器，也可以是其他的驱管理器，也可以是其他的驱动程序。能创建动程序。能创建IRP的函数有：的函数有：54现代微机原理与接口技术现代微机原理与接口技术 在创建一个在创建一个IRP时

50、，同时还创建了一个与之关联的时，同时还创建了一个与之关联的IO_STACK_LOCATION结构数组，它是结构数组，它是I/O栈中的一栈中的一项，它包含的成员包括项，它包含的成员包括:MajorFunction（该该IRP的主功能码）的主功能码）MinorFunction（该该IRP的副功能码）的副功能码）Parameters（IRP参数）参数）DeviceObject（与该栈单元对应的设备对象地址）与该栈单元对应的设备对象地址）FileObject（内核文件对象地址）内核文件对象地址）CompletionRoutine（I/O完成程序地址）完成程序地址）Context（任意的与上下文相关的值