设备驱动程序
设备驱动程序(device driver),简称驱动程序(driver),是一个允许高级(High level)计算机软件(computer software)与硬件(hardware)交互的程序,这种程序建立了一个硬件与硬件,或硬件与软件沟通的界面,经由主板上的总线(bus)或其它沟通子系统(subsystem)与硬件形成连接的机制,这样的机制使得硬件设备(device)上的数据交换成为可能。
依据不同的计算机架构与操作系统差异平台,驱动程序可以是8位(8-bit)、16位(16-bit)、32位(32-bit),甚至是最新的64位(64-bit),这是为了调和操作系统与驱动程序之间的依存关系,例如在Windows 3.11的16位操作系统时代,大部份的驱动程序都是16位,到了32位的Windows XP则大部份是使用32位驱动程序(微软提供了Windows Driver Model可实现driver),至于64位的Linux或是Windows Vista平台上,就必须使用64位的驱动程序(WDM与WDF皆可实现64位驱动程序)。
驱动程序的开发驱动程序的开发工作是很具挑战性的,因为必须配合著硬件与软件上相当明确与高级的平台技术。由于大多数的驱动程序(device drivers)执行在内核模式(kernel mode),软件的错误经常造成系统严重的不稳定,例如蓝屏(blue screen),这跟过去的用户模式(user mode)下的程序设计(例如Delphi、VB、Java)有明显的差异性。
Windows平台为了大量减轻驱动程序开发人员的负担,微软不断的改进驱动程序的开发软件与架构,从早期复杂深晦的VxD,到Windows XP上的Windows Driver Model(以下简称WDM)开发架构,如今Windows Driver Foundation(以下简称WDF)已成为新一代的Windows平台驱动程序发展架构,这个架构大量简化了驱动程序的开发流程,更符合面向对象的精神,此架构包含了User Mode Driver Framework 与 Kernel Mode Driver Framework两种开发模式。在开发Windows平台上的驱动程序之前,必须先安装DDK包,目前DDK最新版本为5600,同时支持WDM与WDF两种架构。
Linux平台设备驱动程序是Linux操作系统内核的最要组成部分,在内核与硬件设备之间建立了标准的抽象接口。通过这个借口,用户可以像处理普通文件意见对硬件设备进行打开,读写,关闭等操作。
Linux下的设备有三种基本类型:字符设备,块设备和网络接口。
驱动程序的应用因为常见的硬件和操作系统的差异性,驱动程序存在着不同的方式。用于:
打印机
显卡
网卡
声卡
不同种类的总线
不同种类的低带宽的输入/输出总线(如定点设备:鼠标、键盘、USB等等。)
硬盘驱动器总线(ATA,SCSI);
实现对不同的文件系统的支持。
实现对扫描仪、数码相机的支持。
驱动程序的抽象化共同层级(Common levels of abstraction):
在硬件层方面:
直接连接(Interfacing directly)
使用一些较高层次的接口(如:视频BIOS)
使用另一低级别的驱动程序(如文件系统驱动程序使用磁盘驱动程序)
模拟硬件工作
在软件层方面:
允许操作系统直接访问硬件资源
仅实现其原始样式(primitives)
实现对非驱动程序的软件的界面(如TWAIN)
实现一个更高层级的语言,例如PostScript
虚拟设备驱动程序有一种特殊的驱动程序名为虚拟设备驱动程序(virtual device drivers),可用于虚拟化的环境(virtualization environments),例如DOS程序要执行于Windows平台上,就必须要利用这种虚拟设备驱动程序,像是VMware就是一种“虚拟PC”的软件,可以在一台机器上同时执行两个或两个以上的Windows、DOS、LINUX 系统,VMWare是真正实现了“同时”执行,多个操作系统在主系统的平台上,就像标准Windows应用程序那样切换一样容易。
驱动程序的APIAdvanced Linux Sound Architecture(ALSA) - 标准新式Linux声卡驱动程序界面(sound driver interface)
I/O Kit - 一种苹果计算机(Apple)上的开放式界面适用于发展麦金塔操作系统(Mac OS X)的设备驱动程序
Installable File System (IFS) - 一种IBM OS/2 与 Microsoft Windows NT的文件系统API
Network Driver Interface Specification (NDIS) - 一种标准网卡(network card)驱动程序API
Open Data-Link Interface (ODI) - 一种类似NDIS的网卡API
Scanner Access Now Easy (SANE) - a public domain interface to raster image scanner hardware
Uniform Driver Interface (UDI) - 跨平台(cross platform)驱动程序的界面规范
Windows Display Driver Model (WDDM) - Vista平台上新式的图形显示(graphic display)驱动程序架构
Windows Driver Foundation (WDF)
Windows Driver Model (WDM