引 言

Windows CE是一個32位、多任務、多線程的嵌入式操作系統(tǒng)，是微軟專門為信息設備、移動應用、消費類電子產品、嵌入式應用等非PC領域設計的操作系統(tǒng)產品，在外觀和使用的感覺上十分接近桌面Windows系統(tǒng)。它使用平面內存模式尋址，可以同時運行多個程序并支持一個程序中的多個線程，并且非常精煉，只有很小的內存要求。與基于PC的操作系統(tǒng)不同，Windows CE不需要標準硬件，反而支持各種各樣的CPU(如X86、PowerPC、ARM、MIPS等)，通過OEM適配層(OEM adaptation layer)可以把Windows CE適配到任何硬件平臺。Windows CE是微軟Windows操作系統(tǒng)家族的一個成員，支持用于Windows 2000／XP和Windows 98等桌面Windows操作系統(tǒng)的Win32 API的一個子集。由于它不是桌面Windows操作系統(tǒng)的一部分或縮減版本，使得開發(fā)Windows CE的驅動程序與開發(fā)桌面Windows的驅動程序有所不同。本文將著重討論這些區(qū)別，以使廣大熟悉桌面Windows驅動程序開發(fā)的程序員能快速掌握嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE驅動程序的開發(fā)方法。

1 驅動結構模型比較

在桌面Windows系統(tǒng)，以支持Windows2000／XP的WDM驅動模型為例。WDM體系結構實行分層處理，即設備驅動被分成了若干層——最高層驅動程序、中間層驅動程序、最低層驅動程序，如圖1所示。

 

在Windows CE驅動中，按驅動的結構可以分為兩種類型——分層式設備驅動程序和整體式驅動程序，如圖2所示。分層式設備驅動程序由上層和下層兩部分代碼組成。上層的程序叫做模型設備驅動程序(MDD)，下層的程序則叫做平臺相關的驅動程序(PDD)。整體式驅動程序的源代碼由中斷服務線程代碼和針對平臺的代碼組成。

同桌面Windows設備驅動結構模型相比，Windows CE設備驅動相對簡單一些。正如圖1和圖2所示，兩種操作系統(tǒng)的設備驅動雖然存在許多相似的地方，都采用了模塊、分層的設計方法，但是還存在許多不同的地方。在Windows CE操作系統(tǒng)中，分層的驅動程序并不適用于所用的驅動，尤其是將驅動程序分為兩層將會導致在驅動程序操作時附加的功能調用，這無疑會降低驅動程序的效率。對于時間或性能關鍵的實時操作，整體式驅動程序將會更適合。



在桌面Windows系統(tǒng)中，驅動各層通信之間使用一種稱為I／O請求包(IRP)的數據結構進行通信。影響到設備的每個操作都使用I／O請求包，采用層次結構可以使I／O請求過程更加明了。I／O管理器發(fā)送IRP來請求驅動程序的處理，通常IRP由分層的驅動程序棧來處理，高層的驅動程序把請求劃分成更簡單的請求并傳遞給下層驅動程序。IRP首先被送到設備堆棧的最上層驅動程序，然后逐漸過濾到下層的驅動程序。每一層驅動程序都可以決定如何處理IRP。而Windows CE驅動各層之間的通信沒有采用IRP通信機制，而是通過接口函數調用實現(xiàn)的。設備驅動程序接口(Device Driver Interface，DDI)是在MDD層中實現(xiàn)的函數集，系統(tǒng)中的GWES模塊通過這個接口調用設備驅動程序；設備驅動程序服務器接口(Device Driver Service Provider Interface，DDSI)是在PDD層中實現(xiàn)的函數集并由MDD調用。

2 設備驅動組成部分比較

簡單地說，驅動程序是一些例程的集合，它們被動地存在，等待主機系統(tǒng)軟件來調用或激活它們。在Win-dows系統(tǒng)中驅動，具體的驅動程序有所不同，其包含的例程也不同，但其主要例程是相同的。圖3描述一個Windows驅動的基本流程。



以下從幾個方面闡述WindowsCE和桌面Windows設備驅動組成的不同。

2．1 驅動程序的入口點

在桌面Windows和Windows CE兩個系統(tǒng)中的驅動程序都含有初始化模塊，該模塊主要功能是完成驅動程序的初始化及卸載。在桌面Windows系統(tǒng)的初始化模塊中，包括每一個設備驅動程序都有的一個初始化入口點——DriverEntry例程，每次設備驅動程序啟動時該例程被系統(tǒng)自動調用。其最重要的功能是設置驅動程序對應于I／O請求的主功能代碼(MajorFunction)的回調例程。DriverEntry例程如下：



其中，AddDevice例程是在系統(tǒng)添加一個設備時被PnP管理器調用的，其主要工作是創(chuàng)建并初始化設備對象；DriverUnload例程在系統(tǒng)卸載硬件時使用，由I／O管理器調用，釋放所有資源。初始化模塊中還包括Create和Close兩個例程，這是Win32程序獲得和釋放設備句柄的唯一途徑。

與桌面Windows設備驅動程序開發(fā)相比，WindowsCE設備驅動程序開發(fā)的主要難點是，對于不同類型設備的驅動程序架構是不一樣的。以流接口驅動程序為例，Windows CE設備驅動程序是用戶模式動態(tài)鏈接庫(DLL)，其入口點在不同的情況有一些細微的差別，主要入口點包括XXX_Init、XXX_Deinit、XXX_Open、XXX_Close、XXX_IOControl、XXX_Read、XXX_Seek、XXX_PowerUp和XXX_PowerDown，在實際開發(fā)中接口名稱中的XXX三個字母由設備驅動的設備文件名前綴代替。

2．2 與應用程序的通信

設備驅動程序構造成功之后，將它與設備一同安裝進系統(tǒng)，以便用戶可以對設備進行適當的控制及訪問。在桌面Windows和Windows CE兩個系統(tǒng)中使用Win32 API實現(xiàn)硬件的訪問。首先調用CreateFile創(chuàng)建一個設備的連接，獲得該設備的句柄(Handle)，然后根據需要調用ReadFile、WriteFile、DeviceIoControI等函數對設備進行讀寫或者其他I／O控制操作，最后調用CloseHandle關閉設備。

在桌面Windows系統(tǒng)中，當用戶需要訪問某設備時，必須首先取出指定設備全局唯一標識符(GUID)的設備信息集，枚舉設備實例的接口數據，從中獲得設備的符號鏈接名，然后調用CreatFile創(chuàng)建設備，并獲得設備句柄，而在驅動程序內部通過處理IRP響應來自Win32應用程序對IRP_MJ_CREATE、IRP_MJ_READ、IRP_MJ_WRITE和IRP_MJ_OCTL等請求。IRP由IRP首部結構和一系列的棧單元組成，每個棧單元是一個IO_STACK_LOCA-TION結構。驅動程序僅需知道當前I／O棧單元和IRP首部結構中的信息就可以對IRP進行處理。驅動程序處理完IRP后，使用IoCompleteRequest函數通知I／O管理器，可以通過其參數設定狀態(tài)碼和返回的字節(jié)數。在Windows CE系統(tǒng)中，應用程序需要了解中斷處理線程中數據的輸入輸出完成情況，以便及時地處理。這就需要建立應用程序和設備驅動程序的同步通信。

2．3 設備名

在Windows設備驅動中，為了提供Win32程序可用的名字，必須為每個設備創(chuàng)建符號鏈接。在桌面Windows和Windows CE兩個系統(tǒng)中，都可以采用一個明確的符號鏈接名。一個具體設備名稱是由設備名前綴和設備名索引組成的，即3個大寫字母、1位數字和冒號組成。另外在桌面Windows系統(tǒng)中，還可以采用設備接口為設備創(chuàng)建符號鏈接。每個設備接口由一個128位全局唯一標識符(GUID)標志。把設備注冊為一個特定的設備接口就創(chuàng)建了一個符號鏈接。用戶態(tài)設備可以取得擁有此GUID的設備。

2. 4 驅動程序的運行模式

在Windows系統(tǒng)中支持兩種基本模式的驅動程序類型，即用戶模式(user mode)和內核模式(kernel mode)，不同的模式允許不同層次的內存存取和系統(tǒng)資源的分配。內核模式驅動程序則由運行于內核模式的系統(tǒng)級代碼組成，它們沒有系統(tǒng)資源存取的限制，可以執(zhí)行任何有效的CPU指令，被用來直接控制硬件。用戶模式驅動程序是按用戶模式運行的系統(tǒng)級代碼，它們不能使用直接的硬件I／O指令來訪問硬件。

桌面Windows系統(tǒng)一般要求設備驅動運行在內核模式下。內核模式提供設備資源的直接訪問，沒有固定的用戶模式的輔助操作。

Windows CE系統(tǒng)一般要求設備驅動運行在用戶模式下。這種運行在用戶模式下的設備驅動程序有許多優(yōu)點，最明顯的優(yōu)點是當設備驅動開發(fā)有錯誤動作時，內核被有效地保護起來了，因此內核被驅動程序破壞，或者可能導致不能重新啟動內核的潛在目標存儲錯誤，以及其他意想不到的災難等發(fā)生的可能性就明顯地減少。

2．5 驅動程序的安裝

桌面Windows的驅動安裝通過INF文件。INF文件是一個文本文件，含有安裝一個WDM驅動設備程序需要的所有必需的信息，包括要復制的文件列表、要創(chuàng)建的注冊表項等。驅動根據INF文件中的指令安裝，驅動程序可執(zhí)行文件被復制到正確的位置，通常是Windows Sys-tem32＼Drivers目錄，然后創(chuàng)建各種注冊表項。WindowsCE和桌面Windows之間的最大區(qū)別是，Windows CE不支持．sys和．inf文件。Windows CE設備驅動編譯成動態(tài)庫，將驅動的動態(tài)庫文件直接拷入Windows＼目錄，然后創(chuàng)建各種注冊表項即可。這就減少了Windows CE加載程序的復雜性和大小。

3 開發(fā)環(huán)境比較

在桌面Windows系統(tǒng)中，驅動程序的開發(fā)采用兩種方式。一類是Microsoft公司提供的Windows DDK(De-vice Driver Kit)，由于DDK基于匯編語言的編程方式和內核模式的調用，對沒有深厚的OS原理和編程水平的人員來說，任務相當艱巨。另一類是NuMega公司提供的DriverStudio，它是一個大的開發(fā)工具包，包含VtoolsD、SoftICE和DriverWorks等開發(fā)工具。利用DriverStudio開發(fā)WDM驅動程序，可以大大減輕開發(fā)人員的工作量、縮短開發(fā)周期，以及降低開發(fā)驅動程序的難度。

Windows CE開發(fā)平臺的開發(fā)者、獨立硬件供應商(IHVS)和應用程序開發(fā)者都會從事基于Windows CE平臺的設備驅動程序開發(fā)。對于不同的開發(fā)者，微軟為Windows CE提供了2種開發(fā)工具：Platform Builder和Embedded Visual Tools。Platform Builder是一個定制基于Windows CE操作系統(tǒng)的嵌入式平臺的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，為創(chuàng)建Windows CE嵌入式系統(tǒng)提供了全部相關工具，范圍從用來開發(fā)基于Windows CE的應用程序和設備驅動程序，到用來創(chuàng)建操作系統(tǒng)各種自定義版本。而Embedded Visual Tools主要用于上層應用程序、驅動的開發(fā)，功能類似于桌面Windows平臺上的開發(fā)工具VC、VB等。這個工具的核心是Embedded Visual C++，它具有和Visual C++6．0基本相同的特性，包括對MFC、ATL以及COM／DCOM的支持、應用程序向導、編譯調試等多種功能。

結 語

理解Windows CE與桌面Windows設備驅動程序開發(fā)的區(qū)別，有助于廣大熟悉桌面Windows設備驅動程序開發(fā)的程序員快速掌握嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE的設備驅動程序開發(fā)。近幾年來，信息家電、掌上電腦、電視機頂盒等基于Windows CE操作系統(tǒng)的設備已變得越來越普及，而Windows CE上的設備驅動程序還比較少，因此Windows CE設備驅動程序具有不少潛力和市場。希望本文對打算開發(fā)Windows CE設備驅動程序的人們有所幫助。