Windows CE是一個(gè)32位、多任務(wù)、多線程的嵌入式操作系統(tǒng)，是微軟專門為信息設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、嵌入式應(yīng)用等非PC領(lǐng)域?qū)ｉT設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)產(chǎn)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(nèi)存模式尋址，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序并支持1個(gè)程序中的多個(gè)線程，并且非常精煉，只有很小的內(nèi)存要求。與基于PC的操作系統(tǒng)不同，Windows CE不需要標(biāo)準(zhǔn)硬件,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(tái)[1-2]。雖然Windows CE是微軟Windows操作系統(tǒng)家族的一個(gè)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(gè)子集。但由于它不是桌面Windows操作系統(tǒng)的一部分或縮減版本，使得開發(fā)Windows CE的驅(qū)動(dòng)程序與開發(fā)桌面Windows的驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)程序開發(fā)的程序員能快速掌握嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)方法。
1 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)模型比較
    在桌面Windows系統(tǒng)中，以支持Windows 2000/XP的WDM驅(qū)動(dòng)模型為例。WDM體系結(jié)構(gòu)實(shí)行分層處理，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)被分成最高層驅(qū)動(dòng)程序、中間層驅(qū)動(dòng)程序、最低層驅(qū)動(dòng)程序,如圖1所示。

　 在Windows CE驅(qū)動(dòng)中,按驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)可以分為二種類型：分層式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和整體式驅(qū)動(dòng)程序，如圖2所示。分層式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由上層和下層兩部分代碼組成[1,3]。上層的程序稱為模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（MDD），下層的程序則稱為平臺(tái)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序（PDD）。整體式驅(qū)動(dòng)程序的源代碼由中斷服務(wù)線程代碼和針對(duì)平臺(tái)的代碼組成。

    同桌面Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)模型相比，Windows CE設(shè)備驅(qū)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單一些(見圖1、圖2）。兩種操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)雖然存在許多相似的地方，都采用了模塊、分層的設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)程序并不適用于所有的驅(qū)動(dòng)，尤其是將驅(qū)動(dòng)程序分為兩層將會(huì)導(dǎo)致在驅(qū)動(dòng)程序操作時(shí)附加的功能調(diào)用，這無疑會(huì)降低驅(qū)動(dòng)程序的效率，對(duì)于時(shí)間或性能關(guān)鍵的實(shí)時(shí)操作，整體式驅(qū)動(dòng)程序?qū)?huì)更適合。
    在桌面Windows系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)各層通信之間使用一種稱為I/O請(qǐng)求包(IRP)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信,影響到設(shè)備的每個(gè)操作都使用I/O請(qǐng)求包,若采用層次結(jié)構(gòu)使I/O請(qǐng)求過程更加明了。I/O管理器發(fā)送IRP來請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)程序的處理，通常,IRP由分層的驅(qū)動(dòng)程序棧來處理，而高層的驅(qū)動(dòng)程序則把請(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。IRP首先被送到設(shè)備堆棧的最上層驅(qū)動(dòng)程序，然后逐漸過濾到下層的驅(qū)動(dòng)程序,每一層驅(qū)動(dòng)程序都可以決定如何處理IRP。但Windows CE驅(qū)動(dòng)各層之間的通信沒有采用IRP通信機(jī)制，而是通過接口函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)[4-5],設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口DDI(Device Driver Interface)是在MDD層中實(shí)現(xiàn)的函數(shù)集,系統(tǒng)中的GWES模塊通過這個(gè)接口調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)器接口DDSI(Device Driver Service Provider Interface)是在PDD層中實(shí)現(xiàn)的函數(shù)集并由MDD調(diào)用。
2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)組成部分比較
    驅(qū)動(dòng)程序是一些例程的集合,它們被動(dòng)地存在，等待主機(jī)系統(tǒng)軟件的調(diào)用或激活。在Windows系統(tǒng)中，具體的驅(qū)動(dòng)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1個(gè)Windows驅(qū)動(dòng)基本流程。
    下面闡述Windows CE和桌面Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)組成的差別。

2.1驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn)
　 在桌面Windows和Windows CE兩個(gè)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)程序都含有初始化模塊，該模塊主要功能是完成驅(qū)動(dòng)程序的初始化及卸載。在桌面Windows系統(tǒng)的初始化模塊中，包括有每1個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都有的1個(gè)初始化入口點(diǎn)：DriverEntry例程。每次設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)時(shí)該例程被系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用，其最重要的功能是設(shè)置驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)于I/O請(qǐng)求的主功能代碼(MajorFunction)的回調(diào)例程。DriverEntry例程如下：　　
    DriverEntry（IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, …）
                                    //驅(qū)動(dòng)程序人口
    {　　
    DriverObject->DriverExtension->AddDevice=AddDevice;
    DriverObject->DriverUnload=DriverUnload;
　 DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]=Create;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE]=Close;
　 DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ]=Read;
　 DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE]= Write;
　 DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL]
       =IoControl;
　 DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_PNP]=Pnp;
　 DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_POWER]=Process-
    PowerIrp;
　　            ……
　    }
    其中,AddDevice例程是在系統(tǒng)添加1個(gè)設(shè)備時(shí)被PnP管理器調(diào)用，其主要工作是創(chuàng)建并初始化設(shè)備對(duì)象；DriverUnload例程在系統(tǒng)卸載硬件時(shí)使用,由I/O管理器調(diào)用，釋放所有資源。初始化模塊中還包括有Create和Close兩個(gè)例程，這是Win32程序獲得和釋放設(shè)備句柄的唯一途徑。
　 與桌面Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)相比，Windows CE設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)主要難點(diǎn)在于不同類型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)是不一樣的。以流接口驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槔?，Windows CE設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是用戶模式動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL），其入口點(diǎn)在不同的情況下有一些細(xì)微的差別，主要入口點(diǎn)包括:XXX_Init、XXX_Deinit、XXX_Open、XXX_
Close、XXX_IOControl、XXX_Read、XXX_Seek、XXX_PowerUp和XXX_PowerDown。在實(shí)際開發(fā)中，接口名稱中的XXX 3個(gè)字母由所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備文件名前綴代替。
2.2 與應(yīng)用程序的通信
　 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)造成功后，將它與設(shè)備一同安裝進(jìn)系統(tǒng)，以便用戶可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂萍霸L問。在桌面Windows和Windows CE兩個(gè)系統(tǒng)中使用Win32 API實(shí)現(xiàn)硬件的訪問。首先調(diào)用CreateFile創(chuàng)建1個(gè)設(shè)備的連接，獲得該設(shè)備的句柄（Handle），然后根據(jù)需要調(diào)用ReadFile、WriteFile、DeviceIoControI等函數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀寫或者其他I/O控制操作，最后調(diào)用CloseHandle關(guān)閉設(shè)備。
　 在桌面Windows系統(tǒng)中，當(dāng)用戶需要訪問某設(shè)備時(shí)，必須首先取出指定設(shè)備全局唯一標(biāo)識(shí)符（GUID）的設(shè)備信息集，枚舉設(shè)備實(shí)例的接口數(shù)據(jù)，從中獲得設(shè)備的符號(hào)鏈接名，然后調(diào)用CreatFile創(chuàng)建設(shè)備，并獲得設(shè)備句柄，且在驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)部通過處理IRP響應(yīng)來自Win32應(yīng)用程序?qū)RP_MJ_CREATE、IRP_MJ_READ、IRP_ MJ_WRITE和IRP_MJ_OCTL等請(qǐng)求;IRP由IRP首部結(jié)構(gòu)和一系列的棧單元組成，每個(gè)棧單元是一個(gè)IO_STACK_LOCATION結(jié)構(gòu);驅(qū)動(dòng)程序僅需知道當(dāng)前I/O棧單元和IRP首部結(jié)構(gòu)中的信息就可以對(duì)IRP進(jìn)行處理。驅(qū)動(dòng)程序處理完IRP后，使用IoCompleteRequest函數(shù)通知I/O管理器，可以通過其參數(shù)設(shè)定狀態(tài)碼和返回的字節(jié)數(shù)。而在Windows CE系統(tǒng)中，應(yīng)用程序需要了解中斷處理線程中數(shù)據(jù)的輸入輸出完成情況,以便及時(shí)處理。這就需要建立應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的同步通信。2.3 設(shè)備名
    在Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)中,為了提供對(duì)Win32程序可用的名字，必須為每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建符號(hào)鏈接。在桌面Windows和Windows CE兩個(gè)系統(tǒng)中，都可以采用1個(gè)明確的符號(hào)鏈接名。1個(gè)具體設(shè)備名稱是由設(shè)備名前綴和設(shè)備名索引組成的，即3個(gè)大寫字母、1位數(shù)字和冒號(hào)組成。另外在桌面Windows系統(tǒng)中，還可以采用設(shè)備接口為設(shè)備創(chuàng)建符號(hào)鏈接。每個(gè)設(shè)備接口由1個(gè)128位全局唯一標(biāo)識(shí)符(GUID)標(biāo)志，把設(shè)備注冊(cè)為1個(gè)特定的設(shè)備接口就創(chuàng)建了1個(gè)符號(hào)鏈接。用戶態(tài)設(shè)備可以取得擁有此GUID的設(shè)備。
2.4 驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行模式
　 在Windows系統(tǒng)中支持兩種基本模式的驅(qū)動(dòng)程序類型，即用戶模式(User Mode)和內(nèi)核模式(Kernel Mode)，不同的模式允許不同層次的內(nèi)存存取和系統(tǒng)資源的分配。內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)程序則由運(yùn)行于內(nèi)核模式的系統(tǒng)級(jí)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(qū)動(dòng)程序是按用戶模式運(yùn)行的系統(tǒng)級(jí)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(shè)備驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在內(nèi)核模式下，內(nèi)核模式提供設(shè)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(shè)備驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在用戶模式下，運(yùn)行在用戶模式下有許多優(yōu)點(diǎn)，最明顯優(yōu)點(diǎn)的是當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)有錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)，內(nèi)核被有效地保護(hù)起來，明顯地減少了內(nèi)核被驅(qū)動(dòng)程序破壞或者可能導(dǎo)致不能重新啟動(dòng)內(nèi)核的潛在目標(biāo)存儲(chǔ)錯(cuò)誤，以及其他意想不到的災(zāi)難等發(fā)生的可能性。
2.5 驅(qū)動(dòng)程序的安裝
　 桌面Windows的驅(qū)動(dòng)程序的通過INF文件安裝，INF文件是一個(gè)文本文件，含有安裝1個(gè)WDM驅(qū)動(dòng)設(shè)備程序需要的所有必需的信息,包括要復(fù)制的文件列表、要?jiǎng)?chuàng)建的注冊(cè)表項(xiàng)等。驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)INF文件中的指令安裝，驅(qū)動(dòng)程序可執(zhí)行文件被復(fù)制到正確的位置，通常是Windows System32\Drivers目錄，然后創(chuàng)建各種注冊(cè)表項(xiàng)。Windows CE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(shè)備驅(qū)動(dòng)是編譯成動(dòng)態(tài)庫，將驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)庫文件直接拷入Windows\目錄，然后創(chuàng)建各種注冊(cè)表項(xiàng)即可，減少了Windows CE加載程序的復(fù)雜性和大小。
3 開發(fā)環(huán)境比較
　 在桌面Windows系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)采用兩種方式,一種是Microsoft公司提供的Windows DDK(Device Driver Kit)[6-7]。由于DDK基于匯編語言的編程方式和內(nèi)核模式的調(diào)用，對(duì)沒有深厚的OS原理和編程水平的人員編程較困難；另一種是NuMega公司提供的DriverStudio，它是一個(gè)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(qū)動(dòng)程序，可以大大簡(jiǎn)化開發(fā)人員的工作量、縮短開發(fā)周期以及降低開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的難度。
　 Windows CE開發(fā)平臺(tái)的開發(fā)者、獨(dú)立硬件供應(yīng)商（IHVS）和應(yīng)用程序開發(fā)者都會(huì)從事基于Windows CE平臺(tái)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。對(duì)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(gè)定制基于Windows CE操作系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)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(guān)工具，范圍包括用來開發(fā)基于Windows CE的應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及用來創(chuàng)建操作系統(tǒng)的各種自定義版本。而Embedded Visual Tools主要用于上層應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)的開發(fā)，功能類似于桌面Windows平臺(tái)上的開發(fā)工具VC、VB等,其核心是Embedded Visual C++，它具有與Visual C++ 6.0基本相同的特性，包括對(duì)MFC、ATL以及COM／DCOM 的支持、應(yīng)用程序向?qū)А⒕幾g調(diào)試等多種功能。
　 理解Windows CE與桌面Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的區(qū)別，有助于熟悉桌面Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。近幾年來，信息家電、掌上電腦、電視機(jī)頂盒等基于Windows CE操作系統(tǒng)的設(shè)備已越來越普及，而Windows CE上的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還比較少，因此，Windows CE設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序具有不少的開發(fā)潛力和市場(chǎng)。希望本文對(duì)有意開發(fā)Windows CE設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的人們有所幫助。
參考文獻(xiàn)
[1]    微軟公司.Microsoft Windows CE設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)指南.[M].北京：北京希望電子出版社，1999.
[2]    陳向群.Windows CE系統(tǒng)分析及實(shí)驗(yàn)教程[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
[3]    GOGGIN T A.Windows CE高級(jí)開發(fā)指南[M].尤滔,張平,周曉權(quán),譯.北京:電子工業(yè)出版社,2001.
[4]    周毓林. Windows CE.net內(nèi)核定制及應(yīng)用開發(fā)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.
[5]    BOLING D. Microsoft Windows CE程序設(shè)計(jì)[M]. 博彥科技,譯.北京:北京大學(xué)出版社,2000.
[6]    Microsoft. Microsoft Windows CE device driver Kit[M].希望公司,譯.北京：北京希望電子出版社,2000.
[7]    WILSON J Y, HAVEWALS A. Building powerful platforms with windows CE[M]. Edinburgh Pearson education,2001.