Windows CE和 Windows2000／XP设备驱动开发的区别

引 言
    Windows CE是一个32位、多任务、多线程的嵌入式操作系统，是微软专门为信息设备、移动应用、消费类电子产品、嵌入式应用等非PC领域设计的操作系统产品，在外观和使用的感觉上十分接近桌面Windows系统。它使用平面内存模式寻址，可以同时运行多个程序并支持一个程序中的多个线程，并且非常精炼，只有很小的内存要求。与基于PC的操作系统不同，Windows CE不需要标准硬件，反而支持各种各样的CPU(如X86、PowerPC、ARM、MIPS等)，通过OEM适配层(OEM adaptation layer)可以把Windows CE适配到任何硬件平台。Windows CE是微软Windows操作系统家族的一个成员，支持用于Windows 2000／XP和Windows 98等桌面Windows操作系统的Win32 API的一个子集。由于它不是桌面Windows操作系统的一部分或缩减版本，使得开发Windows CE的驱动程序与开发桌面Windows的驱动程序有所不同。本文将着重讨论这些区别，以使广大熟悉桌面Windows驱动程序开发的程序员能快速掌握嵌入式操作系统WindowsCE驱动程序的开发方法。

1 驱动结构模型比较
    在桌面Windows系统，以支持Windows2000／XP的WDM驱动模型为例。WDM体系结构实行分层处理，即设备驱动被分成了若干层——最高层驱动程序、中间层驱动程序、最低层驱动程序，如图1所示。

    在Windows CE驱动中，按驱动的结构可以分为两种类型——分层式设备驱动程序和整体式驱动程序，如图2所示。分层式设备驱动程序由上层和下层两部分代码组成。上层的程序叫做模型设备驱动程序(MDD)，下层的程序则叫做平台相关的驱动程序(PDD)。整体式驱动程序的源代码由中断服务线程代码和针对平台的代码组成。
    同桌面Windows设备驱动结构模型相比，Windows CE设备驱动相对简单一些。正如图1和图2所示，两种操作系统的设备驱动虽然存在许多相似的地方，都采用了模块、分层的设计方法，但是还存在许多不同的地方。在Windows CE操作系统中，分层的驱动程序并不适用于所用的驱动，尤其是将驱动程序分为两层将会导致在驱动程序操作时附加的功能调用，这无疑会降低驱动程序的效率。对于时间或性能关键的实时操作，整体式驱动程序将会更适合。

    在桌面Windows系统中，驱动各层通信之间使用一种称为I／O请求包(IRP)的数据结构进行通信。影响到设备的每个操作都使用I／O请求包，采用层次结构可以使I／O请求过程更加明了。I／O管理器发送IRP来请求驱动程序的处理，通常IRP由分层的驱动程序栈来处理，高层的驱动程序把请求划分成更简单的请求并传递给下层驱动程序。IRP首先被送到设备堆栈的最上层驱动程序，然后逐渐过滤到下层的驱动程序。每一层驱动程序都可以决定如何处理IRP。而Windows CE驱动各层之间的通信没有采用IRP通信机制，而是通过接口函数调用实现的。设备驱动程序接口(Device Driver Interface，DDI)是在MDD层中实现的函数集，系统中的GWES模块通过这个接口调用设备驱动程序；设备驱动程序服务器接口(Device Driver Service Provider Interface，DDSI)是在PDD层中实现的函数集并由MDD调用。

2 设备驱动组成部分比较
    简单地说，驱动程序是一些例程的集合，它们被动地存在，等待主机系统软件来调用或激活它们。在Win-dows系统中驱动，具体的驱动程序有所不同，其包含的例程也不同，但其主要例程是相同的。图3描述一个Windows驱动的基本流程。

    以下从几个方面阐述WindowsCE和桌面Windows设备驱动组成的不同。
2．1 驱动程序的入口点
    在桌面Windows和Windows CE两个系统中的驱动程序都含有初始化模块，该模块主要功能是完成驱动程序的初始化及卸载。在桌面Windows系统的初始化模块中，包括每一个设备驱动程序都有的一个初始化入口点——DriverEntry例程，每次设备驱动程序启动时该例程被系统自动调用。其最重要的功能是设置驱动程序对应于I／O请求的主功能代码(MajorFunction)的回调例程。DriverEntry例程如下：

    其中，AddDevice例程是在系统添加一个设备时被PnP管理器调用的，其主要工作是创建并初始化设备对象；DriverUnload例程在系统卸载硬件时使用，由I／O管理器调用，释放所有资源。初始化模块中还包括Create和Close两个例程，这是Win32程序获得和释放设备句柄的唯一途径。
    与桌面Windows设备驱动程序开发相比，WindowsCE设备驱动程序开发的主要难点是，对于不同类型设备的驱动程序架构是不一样的。以流接口驱动程序为例，Windows CE设备驱动程序是用户模式动态链接库(DLL)，其入口点在不同的情况有一些细微的差别，主要入口点包括XXX_Init、XXX_Deinit、XXX_Open、XXX_Close、XXX_IOControl、XXX_Read、XXX_Seek、XXX_PowerUp和XXX_PowerDown，在实际开发中接口名称中的XXX三个字母由设备驱动的设备文件名前缀代替。
2．2 与应用程序的通信
    设备驱动程序构造成功之后，将它与设备一同安装进系统，以便用户可以对设备进行适当的控制及访问。在桌面Windows和Windows CE两个系统中使用Win32 API实现硬件的访问。首先调用CreateFile创建一个设备的连接，获得该设备的句柄(Handle)，然后根据需要调用ReadFile、WriteFile、DeviceIoControI等函数对设备进行读写或者其他I／O控制操作，最后调用CloseHandle关闭设备。
    在桌面Windows系统中，当用户需要访问某设备时，必须首先取出指定设备全局唯一标识符(GUID)的设备信息集，枚举设备实例的接口数据，从中获得设备的符号链接名，然后调用CreatFile创建设备，并获得设备句柄，而在驱动程序内部通过处理IRP响应来自Win32应用程序对IRP_MJ_CREATE、IRP_MJ_READ、IRP_MJ_WRITE和IRP_MJ_OCTL等请求。IRP由IRP首部结构和一系列的栈单元组成，每个栈单元是一个IO_STACK_LOCA-TION结构。驱动程序仅需知道当前I／O栈单元和IRP首部结构中的信息就可以对IRP进行处理。驱动程序处理完IRP后，使用IoCompleteRequest函数通知I／O管理器，可以通过其参数设定状态码和返回的字节数。在Windows CE系统中，应用程序需要了解中断处理线程中数据的输入输出完成情况，以便及时地处理。这就需要建立应用程序和设备驱动程序的同步通信。
2．3 设备名
    在Windows设备驱动中，为了提供Win32程序可用的名字，必须为每个设备创建符号链接。在桌面Windows和Windows CE两个系统中，都可以采用一个明确的符号链接名。一个具体设备名称是由设备名前缀和设备名索引组成的，即3个大写字母、1位数字和冒号组成。另外在桌面Windows系统中，还可以采用设备接口为设备创建符号链接。每个设备接口由一个128位全局唯一标识符(GUID)标志。把设备注册为一个特定的设备接口就创建了一个符号链接。用户态设备可以取得拥有此GUID的设备。
2. 4 驱动程序的运行模式
    在Windows系统中支持两种基本模式的驱动程序类型，即用户模式(user mode)和内核模式(kernel mode)，不同的模式允许不同层次的内存存取和系统资源的分配。内核模式驱动程序则由运行于内核模式的系统级代码组成，它们没有系统资源存取的限制，可以执行任何有效的CPU指令，被用来直接控制硬件。用户模式驱动程序是按用户模式运行的系统级代码，它们不能使用直接的硬件I／O指令来访问硬件。
    桌面Windows系统一般要求设备驱动运行在内核模式下。内核模式提供设备资源的直接访问，没有固定的用户模式的辅助操作。
    Windows CE系统一般要求设备驱动运行在用户模式下。这种运行在用户模式下的设备驱动程序有许多优点，最明显的优点是当设备驱动开发有错误动作时，内核被有效地保护起来了，因此内核被驱动程序破坏，或者可能导致不能重新启动内核的潜在目标存储错误，以及其他意想不到的灾难等发生的可能性就明显地减少。
2．5 驱动程序的安装
    桌面Windows的驱动安装通过INF文件。INF文件是一个文本文件，含有安装一个WDM驱动设备程序需要的所有必需的信息，包括要复制的文件列表、要创建的注册表项等。驱动根据INF文件中的指令安装，驱动程序可执行文件被复制到正确的位置，通常是Windows Sys-tem32＼Drivers目录，然后创建各种注册表项。WindowsCE和桌面Windows之间的最大区别是，Windows CE不支持．sys和．inf文件。Windows CE设备驱动编译成动态库，将驱动的动态库文件直接拷入Windows＼目录，然后创建各种注册表项即可。这就减少了Windows CE加载程序的复杂性和大小。

3 开发环境比较
    在桌面Windows系统中，驱动程序的开发采用两种方式。一类是Microsoft公司提供的Windows DDK(De-vice Driver Kit)，由于DDK基于汇编语言的编程方式和内核模式的调用，对没有深厚的OS原理和编程水平的人员来说，任务相当艰巨。另一类是NuMega公司提供的DriverStudio，它是一个大的开发工具包，包含VtoolsD、SoftICE和DriverWorks等开发工具。利用DriverStudio开发WDM驱动程序，可以大大减轻开发人员的工作量、缩短开发周期，以及降低开发驱动程序的难度。
    Windows CE开发平台的开发者、独立硬件供应商(IHVS)和应用程序开发者都会从事基于Windows CE平台的设备驱动程序开发。对于不同的开发者，微软为Windows CE提供了2种开发工具：Platform Builder和Embedded Visual Tools。Platform Builder是一个定制基于Windows CE操作系统的嵌入式平台的集成开发环境(IDE)，为创建Windows CE嵌入式系统提供了全部相关工具，范围从用来开发基于Windows CE的应用程序和设备驱动程序，到用来创建操作系统各种自定义版本。而Embedded Visual Tools主要用于上层应用程序、驱动的开发，功能类似于桌面Windows平台上的开发工具VC、VB等。这个工具的核心是Embedded Visual C++，它具有和Visual C++6．0基本相同的特性，包括对MFC、ATL以及COM／DCOM的支持、应用程序向导、编译调试等多种功能。

结 语
    理解Windows CE与桌面Windows设备驱动程序开发的区别，有助于广大熟悉桌面Windows设备驱动程序开发的程序员快速掌握嵌入式操作系统Windows CE的设备驱动程序开发。近几年来，信息家电、掌上电脑、电视机顶盒等基于Windows CE操作系统的设备已变得越来越普及，而Windows CE上的设备驱动程序还比较少，因此Windows CE设备驱动程序具有不少潜力和市场。希望本文对打算开发Windows CE设备驱动程序的人们有所帮助。