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驱动程序

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设备驱动程序(英语:device driver),简称驱动程序driver),是一个允许高端(High level)电脑软件(computer software)与硬件(hardware)交互的程序,这种程序创建了一个硬件与硬件,或硬件与软件沟通的接口,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)上的资料交换成为可能。

依据不同的计算机体系结构与操作系统差异平台,驱动程序经历了8位(8-bit)、16位(16-bit)、32位(32-bit)、64位(64-bit)变迁,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,大部分的驱动程序都是16位,到了32位的Windows XP则使用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,因为必须配合着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)执行在核心模式(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DelphiVBJava)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(Driver Development Kit),DDK包同时支持WDM与WDF两种架构。

Linux平台

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:

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

驱动程序的API

  • Advanced Linux Sound Architecture(ALSA) - 标准新式Linux声卡驱动程序接口(sound driver interface)
  • I/O Kit - 一种苹果电脑(Apple)上的开放式接口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)驱动程序的接口规范
  • Windows Display Driver Model(WDDM) - Windows Vista及以后平台上新式的图形显示(graphic display)驱动程序架构。从Windows 8开始,Windows不支持旧的XPDM。
  • Windows Driver Foundation(WDF)
  • Windows Driver Model(WDM)
  • Universal Windows Driver(UWD)

参见

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