WDM（Windows Driver Mode）是微軟公司為Windows的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的一種通用的驅(qū)動(dòng)程序模型。相比以前的KDM和VXD來說，他的性能更高、系統(tǒng)之間移植更加方便。所以，隨著系統(tǒng)的升級(jí)，WDM已經(jīng)成為Windows 2000系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的主流。作為WDM模型之中一類特殊的驅(qū)動(dòng)程序，過濾器驅(qū)動(dòng)程序（Filter driver）可以在不更改現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)程序的情況下，方便地修改、增加現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)程序的功能。特別是對(duì)于Windows 2000已經(jīng)提供了通用驅(qū)動(dòng)程序的硬件設(shè)備，通過編寫過濾器驅(qū)動(dòng)程序，可以以較小的代價(jià)擴(kuò)展硬件現(xiàn)有的功能。因此具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 Windows 2000 I／O請(qǐng)求處理結(jié)構(gòu)

如圖1所示，Windows 2000是分態(tài)的操作系統(tǒng)。用戶應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶態(tài)，操作系統(tǒng)代碼（如系統(tǒng)服務(wù)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）在核心態(tài)下運(yùn)行。用戶態(tài)程序只能調(diào)用Win32子系統(tǒng)提供的API來同設(shè)備交互，當(dāng)請(qǐng)求傳遞到I／O管理器時(shí)，他進(jìn)行必要的參數(shù)匹配和操作安全性檢查，然后由這個(gè)請(qǐng)求構(gòu)造出合適的IRP（IO Request Package，I／O請(qǐng)求包），并把此IRP傳遞到適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序去，并給應(yīng)用程序一個(gè)消息，通知這次I／O操作還沒完成。驅(qū)動(dòng)程序一般通過硬件抽象層來和硬件交互，從而完成I／O請(qǐng)求工作。驅(qū)動(dòng)程序完成I／O操作后，他將調(diào)用一個(gè)特殊的內(nèi)核服務(wù)例程來完成IRP。這時(shí)，I／O管理器把數(shù)據(jù)和結(jié)果返回給Win32和用戶應(yīng)用程序。

2 WDM驅(qū)動(dòng)程序模型體系結(jié)構(gòu)

Windows驅(qū)動(dòng)程序模型重新定義驅(qū)動(dòng)程序分層使用了如圖2的層次結(jié)構(gòu)。圖中左邊是一個(gè)設(shè)備對(duì)象堆棧。設(shè)備對(duì)象是系統(tǒng)為幫助軟件管理硬件而創(chuàng)建的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個(gè)物理硬件可以有多個(gè)這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。處于堆棧最底層的設(shè)備對(duì)象稱為物理設(shè)備對(duì)象PDO（Physical Device Object），代表了設(shè)備和總線之間的連接。在設(shè)備對(duì)象堆棧的中間的對(duì)象稱為功能設(shè)備對(duì)象FDO（Functional Device Object），代表了設(shè)備的功能。在FDO的上面和下面還會(huì)有一些過濾器設(shè)備對(duì)象FIDO（Filter Device Object）。位于FDO上面的過濾器設(shè)備對(duì)象稱為上層過濾器，位于FDO下面（但仍在PDO之上）的過濾器設(shè)備對(duì)象稱為下層過濾器。

總線驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)枚舉他的總線，這意味著發(fā)現(xiàn)總線上的全部設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備何時(shí)被添加或刪除并為每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)PDO。功能驅(qū)動(dòng)程序知道如何控制設(shè)備的主要功能，他分層在總線驅(qū)動(dòng)程序的上面。功能驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建一個(gè)功能設(shè)備對(duì)象，放在設(shè)備棧中。對(duì)總線上的所有設(shè)備，總線過濾驅(qū)動(dòng)程序被加在總線驅(qū)動(dòng)程序之上；設(shè)備過濾驅(qū)動(dòng)程序僅對(duì)特定的設(shè)備添加。上層的過濾驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序之上，而下層過濾驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序之下。這種層次結(jié)構(gòu)可以使I／O請(qǐng)求過程更加明了。I／O管理器發(fā)送的IRP，先被送到設(shè)備堆棧的上層過濾器驅(qū)動(dòng)程序（FIDO），他可以根據(jù)要求決定IRP的處理方式，是沿著設(shè)備棧繼續(xù)向下傳，或者是做一些額外的處理。依次，每一層驅(qū)動(dòng)程序都可以決定如何處理IRP。高層的驅(qū)動(dòng)程序可以把請(qǐng)求劃分成更簡(jiǎn)單的請(qǐng)求并傳遞給下層驅(qū)動(dòng)程序。中間層次的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)一步處理請(qǐng)求，將一個(gè)IRP中的請(qǐng)求劃分為若干個(gè)小的請(qǐng)求并傳給下層驅(qū)動(dòng)程序。最后，最低層的驅(qū)動(dòng)程序與硬件打交道。因此一些IRP在到達(dá)總線程序之前，在設(shè)備棧傳遞過程中可能就被過濾掉了。

3 過濾器驅(qū)動(dòng)程序

過濾驅(qū)動(dòng)程序是一種中間驅(qū)動(dòng)程序，他位于其他的驅(qū)動(dòng)程序?qū)哟沃g。過濾驅(qū)動(dòng)程序可以監(jiān)視、攔截和修改IRP流，在不影響其他驅(qū)動(dòng)程序的前提下提供一些附加的功能。他的功能可分為：

（1）利用過濾器驅(qū)動(dòng)程序修改現(xiàn)有功能驅(qū)動(dòng)程序的行為而不必重新編寫功能驅(qū)動(dòng)程序。

（2）上層過濾器驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序之前看到IRP，可以很方便地為用戶提供額外的特征。還可以修正功能驅(qū)動(dòng)程序或硬件存在的毛病或缺陷。

（3）下層過濾器驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序要向總線驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送IRP時(shí)看到IRP。可以監(jiān)視、攔截、修改功能驅(qū)動(dòng)程序要執(zhí)行的總線操作流，截獲數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，再將處理過的數(shù)據(jù)傳遞下去，實(shí)現(xiàn)一定的數(shù)據(jù)處理功能。

（4）下層過濾器驅(qū)動(dòng)程序可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的總線無關(guān)性，使功能驅(qū)動(dòng)程序完全獨(dú)立于總線結(jié)構(gòu)而不直接與設(shè)備對(duì)話。針對(duì)不同的總線編寫不同的下層過濾器，每個(gè)下層過濾器對(duì)應(yīng)一個(gè)總線類型。當(dāng)功能驅(qū)動(dòng)程序需要與硬件對(duì)話時(shí)，他只需向相應(yīng)的下層過濾器驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送IRP即可。

4 過濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

過濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)與功能驅(qū)動(dòng)程序相似。這里限于篇幅主要討論一下過濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中與功能驅(qū)動(dòng)程序相區(qū)別的幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)。

4．1 DriverEntry例程

DriverEntry例程是驅(qū)動(dòng)程序的人口點(diǎn)。當(dāng)I／O管理器裝入驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，他調(diào)用DriverEntry例程用來初始化驅(qū)動(dòng)程序范圍的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和資源，包括輸出該驅(qū)動(dòng)程序的其他人口點(diǎn)，初始化該驅(qū)動(dòng)程序使用的特定對(duì)象，并設(shè)置驅(qū)動(dòng)程序系統(tǒng)資源。與功能驅(qū)動(dòng)程序相區(qū)別的是：他必須為每種類型的IRP都安裝派遣函數(shù)，而不僅僅只是其希望處理的IRP。

4．2 AddDevice例程

AddDevice函數(shù)的基本職責(zé)是創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對(duì)象并把他連接到以物理設(shè)備對(duì)象PDO為底的設(shè)備堆棧中，并負(fù)責(zé)設(shè)備對(duì)象初始化。與功能驅(qū)動(dòng)程序相區(qū)別的是：過濾驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建的設(shè)備對(duì)象可能是2種，一種是不命名的過濾設(shè)備對(duì)象，過濾器工作時(shí)把這個(gè)無名的設(shè)備對(duì)象連接到以物理設(shè)備對(duì)象PDO為底的設(shè)備堆棧中。一種是為了和用戶程序通信而創(chuàng)建的命名的設(shè)備對(duì)象并不連接到以物理設(shè)備對(duì)象PDO為底的設(shè)備堆棧中。命名可以采用2種方法：第一種方法是采用可顯示的“硬編碼”符號(hào)鏈接名，用戶態(tài)程序必須把設(shè)備名硬編碼到源代碼中；另外一種方法是使用設(shè)備接口，每個(gè)設(shè)備接口是由一個(gè)全局惟一標(biāo)志符GUID標(biāo)志。設(shè)備注冊(cè)為一個(gè)特定的設(shè)備接口就創(chuàng)建了一個(gè)符號(hào)鏈接。

相關(guān)步驟如下：

（1）調(diào)用IoCreateDevke創(chuàng)建過濾設(shè)備對(duì)象，并建立一個(gè)私有的設(shè)備擴(kuò)展對(duì)象。

（2）寄存一個(gè)或多個(gè)設(shè)備接口，以便應(yīng)用程序能知道設(shè)備的存在。另外，還可以給出設(shè)備名并創(chuàng)建符號(hào)連接。

（3）初始化設(shè)備擴(kuò)展和設(shè)備對(duì)象的F1ag成員。

（4）調(diào)用IOAttachDevkeToDeviceStack函數(shù)把新設(shè)備對(duì)象放到堆棧上。

具體實(shí)現(xiàn)程序如下：

NTSTATUS AddDevice （PDRIVER_OBJECT DriverObject， PDEVICE_OBJECT pdo）

{

PDEVICE_OBJECT fido=NULL；

／／創(chuàng)建沒有設(shè)備名的過濾設(shè)備對(duì)象

NTSTATUS status=IoCreateDevice （DriverObjeot，sizeof （DEVICE-EXTENSION），

NULL，F(xiàn)ILE_DEVICE_UNKNOWN，0，F(xiàn)ALSE，&fido）；

if（！NT_SUCCESS（status）） return status；

／／初始化設(shè)備擴(kuò)展和設(shè)備對(duì)象的Flag成員

PDEVICE_EXTENSION pdx = （PDEVICE_EXTENSION）fido-＞DeviceExtension；

pdx-＞DeviceObject=fido；

pdx-＞Pdo=pdo；

pdx-＞eDeviceType =FILTER；

／／把沒有設(shè)備名的設(shè)備對(duì)象放到堆棧上

PDEVICE- OBJECT fdo =

IoAttachDeviceToDeviceStack （fido，pdo）；

pdx-＞TopDevObj=fdo；

fido-＞Flags ︱=pdo-＞F1ags&（DO_DIRECT-IO ︱DO-BUFFERED-IO ︱ DO_POWER_PAGABLE ︱DO_POWER_INRUSH）；

………

／／建立一個(gè)命名的設(shè)備對(duì)象創(chuàng)建符號(hào)鏈接

CreateSymbOlicLink （DriverObject，pdo）；

return STATUS_SUCCESS；

}

4．3 派遣例程

派遣例程處理來自應(yīng)用程序的打開、關(guān)閉、讀、寫等I／O請(qǐng)求命令。與功能驅(qū)動(dòng)程序的區(qū)別是：過濾器驅(qū)動(dòng)程序不能影響其他驅(qū)動(dòng)程序接受IRP。對(duì)于未知的IRP或不處理的IRP過濾驅(qū)動(dòng)程序的原則是必須沿設(shè)備棧傳遞下去。因此他必須為每種類型的IRP都安裝派遣函數(shù)，而不僅僅只是其希望處理的IRP。對(duì)于希望處理的IRP必須指定特殊的派遣函數(shù)，直接用CompleteIRP來完成接收到的這類IRP，不往下層傳送。

這里由DispatchDeviceControl處理來自應(yīng)用程序的所有希望處理的I／O操作命令。通常采用給予所有自定義的I／O請(qǐng)求代碼的SWITCH語句，而對(duì)于每個(gè)命令使用相應(yīng)的處理函數(shù)。下面列出了主要的代碼框架：

NTSTATUS DispatchDeviceControl （PDEVICE_OBJECT fido，PIRP Irp）

{

NTSTATUS status；

PDEVICE_EXTENSION pdx=（PDEVICE_EXTENSION）fido-＞DeviceExtension；

PlO_STACK_LOCATION IrpStack =

IoGetCurrentlrpStackLocation（1rp）；

／／取I／O控制命令代碼

ULONG IoControlCode = IrpStack 》

Parameters．DeviceloContr01．IoControlCode；

switch（IoControlCode）

{

case IOCTL-XXX：

…… ／／處理I／O控制命令代碼

case IOCTL-XXX：

……

default：

……

break；

}

／／完成接收到的IRP

IoCompleteRequest（Irp，IO_NO_INCREMENT）；

……

return status；

}

對(duì)于不需要處理的IRP則交由DispatchAny例程處理，將IRP沿著設(shè)備棧直接傳遞下去：

NTSTATUS DispatchAny（PDEVICE_OBJECT fido，PIRP Irp）

{

PDEVICE_ EXTENSION pdx=（PDEVICE-EXTENSION）

fido-＞DeviceExtension

／／使堆棧指針少前進(jìn)一步。

IoSkipCurrentlrpStackLocation（hp）；

Status=IoCallDriver（pdx-＞LowerDeviceObject，Irp）；

……

return status；

4．4 Unload例程功能

在Unload例程中，驅(qū)動(dòng)程序必須釋放所有創(chuàng)建的對(duì)象和所有分配給驅(qū)動(dòng)程序的資源。

5 結(jié) 語

筆者就采用在Windows提供的USB聲卡驅(qū)動(dòng)程序下方插入自己編寫的下層過濾器驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)了對(duì)USB聲卡輸出的數(shù)據(jù)流的截獲并進(jìn)行語音信號(hào)處理，取得了不錯(cuò)的效果，現(xiàn)已投入實(shí)際應(yīng)用?？梢娺^濾器驅(qū)動(dòng)程序作為一類特殊的驅(qū)動(dòng)程序，它可以以較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流的截獲，修改、增加現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)常需的功能，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

責(zé)任編輯：gt