WDM结构详解：设备对象与驱动程序种类

Windows设备驱动程序设计是操作系统与硬件交互的关键组件，本文主要聚焦于Windows XP中的WDM（Windows Driver Model）基本结构。WDM是一种高级的驱动程序架构，它在Windows 98和Windows 2000中引入，旨在提高驱动程序的稳定性和兼容性，特别是支持电源管理和源代码级的即插即用(PnP)功能。 首先，设备对象是WDM的核心组成部分，它是系统为管理硬件而创建的数据结构，包含PDO（物理设备对象）、FDO（功能设备对象）和FiDO（过滤器设备对象）。PDO代表了设备的物理特性，而FDO则代表设备的功能，负责设备的初始化、I/O操作和中断处理。FiDO作为过滤器，位于I/O管理器、FDO和PDO之间，负责监视和修改I/O请求流水线（IRP），提供了上层和下层两种类型的过滤器驱动程序，允许硬件或软件开发者定制和增强设备的交互行为。 设备对象栈形象地展示了驱动程序的层级结构，从上至下包括：用户态的应用程序、Win32子系统、I/O系统服务、I/O管理器、FDO、FiDO（可能有多个层级）、PDO以及底层的总线驱动程序。总线驱动程序负责设备与硬件之间的物理连接，功能驱动程序则管理FDO所代表的设备，确保设备能被正确初始化和进行I/O操作，并且为用户提供统一的接口。 WDM驱动程序主要分为两类：类驱动程序（Class Driver）和小驱动程序（Miniport Driver）。类驱动程序是为特定设备类别提供通用支持的驱动，例如声卡、网卡等，而小驱动程序则是由设备制造商提供的，针对其特定硬件的定制驱动，实现了厂家专有的功能。 特别提到了虚拟设备驱动程序（VDD），它使得DOS应用程序和Windows 9x系统能够访问硬件，同时也能支持对端口访问。显示驱动程序作为内核模式驱动程序，专门负责图形显示和打印设备的控制。文件系统驱动程序则实现了标准的文件系统模型，如目录结构和文件命名规则。 保留设备驱动程序是Windows NT早期版本使用的，它们直接控制硬件，无需依赖其他驱动程序，并且可以在Windows 2000中无缝运行。这些驱动程序在旧系统中扮演着重要角色，但在WDM时代，它们逐渐被标准化的驱动程序结构所取代。 WDM的引入极大地提升了Windows设备驱动程序的灵活性和兼容性，使得硬件开发者可以更轻松地开发和维护驱动程序，同时也为用户提供更好的设备管理体验。理解并掌握WDM的基本结构对于编写高效、稳定的驱动程序至关重要。