Windows CE是一個32位、多任務、多線程的嵌入式操作系統，是微軟專門為信息設備、移動應用、消費類電子產品、嵌入式應用等非PC領域專門設計的操作系統產品，在外觀和使用的感覺上十分接近桌面Windows系統。它使用平面內存模式尋址，可以同時運行多個程序并支持1個程序中的多個線程，并且非常精煉，只有很小的內存要求。與基于PC的操作系統不同，Windows CE不需要標準硬件,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[1-2]。雖然Windows CE是微軟Windows操作系統家族的一個成員，支持用于Windows 2000/XP和Windows 98等桌面Windows操作系統的Win32 API的一個子集。但由于它不是桌面Windows操作系統的一部分或縮減版本，使得開發Windows CE的驅動程序與開發桌面Windows的驅動程序有所不同。本文將著重討論這些區別，以使廣大熟悉桌面Windows驅動程序開發的程序員能快速掌握嵌入式操作系統Windows CE驅動程序開發方法。
1 驅動結構模型比較
    在桌面Windows系統中，以支持Windows 2000/XP的WDM驅動模型為例。WDM體系結構實行分層處理，即設備驅動被分成最高層驅動程序、中間層驅動程序、最低層驅動程序,如圖1所示。

　 在Windows CE驅動中,按驅動的結構可以分為二種類型：分層式設備驅動程序和整體式驅動程序，如圖2所示。分層式設備驅動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備驅動程序（MDD），下層的程序則稱為平臺相關的驅動程序（PDD）。整體式驅動程序的源代碼由中斷服務線程代碼和針對平臺的代碼組成。

    同桌面Windows設備驅動結構模型相比，Windows CE設備驅動相對簡單一些(見圖1、圖2）。兩種操作系統的設備驅動雖然存在許多相似的地方，都采用了模塊、分層的設計方法，但是還存在許多不同的地方。在Windows CE操作系統中，分層的驅動程序并不適用于所有的驅動，尤其是將驅動程序分為兩層將會導致在驅動程序操作時附加的功能調用，這無疑會降低驅動程序的效率，對于時間或性能關鍵的實時操作，整體式驅動程序將會更適合。
    在桌面Windows系統中，驅動各層通信之間使用一種稱為I/O請求包(IRP)的數據結構進行通信,影響到設備的每個操作都使用I/O請求包,若采用層次結構使I/O請求過程更加明了。I/O管理器發送IRP來請求驅動程序的處理，通常,IRP由分層的驅動程序棧來處理，而高層的驅動程序則把請求劃分成更簡單的請求并傳遞給下層驅動程序。IRP首先被送到設備堆棧的最上層驅動程序，然后逐漸過濾到下層的驅動程序,每一層驅動程序都可以決定如何處理IRP。但Windows CE驅動各層之間的通信沒有采用IRP通信機制，而是通過接口函數調用實現[4-5],設備驅動程序接口DDI(Device Driver Interface)是在MDD層中實現的函數集,系統中的GWES模塊通過這個接口調用設備驅動程序；設備驅動程序服務器接口DDSI(Device Driver Service Provider Interface)是在PDD層中實現的函數集并由MDD調用。
2 設備驅動組成部分比較
    驅動程序是一些例程的集合,它們被動地存在，等待主機系統軟件的調用或激活。在Windows系統中，具體的驅動程序有所不同，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Windows驅動基本流程。
    下面闡述Windows CE和桌面Windows設備驅動組成的差別。

2.1驅動程序的入口點
　 在桌面Windows和Windows CE兩個系統中的驅動程序都含有初始化模塊，該模塊主要功能是完成驅動程序的初始化及卸載。在桌面Windows系統的初始化模塊中，包括有每1個設備驅動程序都有的1個初始化入口點：DriverEntry例程。每次設備驅動程序啟動時該例程被系統自動調用，其最重要的功能是設置驅動程序對應于I/O請求的主功能代碼(MajorFunction)的回調例程。DriverEntry例程如下：　　
    DriverEntry（IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, …）
                                    //驅動程序人口
    {　　
    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例程是在系統添加1個設備時被PnP管理器調用，其主要工作是創建并初始化設備對象；DriverUnload例程在系統卸載硬件時使用,由I/O管理器調用，釋放所有資源。初始化模塊中還包括有Create和Close兩個例程，這是Win32程序獲得和釋放設備句柄的唯一途徑。
　 與桌面Windows設備驅動程序開發相比，Windows CE設備驅動程序開發主要難點在于不同類型設備的驅動程序架構是不一樣的。以流接口驅動程序為例，Windows CE設備驅動程序是用戶模式動態鏈接庫（DLL），其入口點在不同的情況下有一些細微的差別，主要入口點包括:XXX_Init、XXX_Deinit、XXX_Open、XXX_
Close、XXX_IOControl、XXX_Read、XXX_Seek、XXX_PowerUp和XXX_PowerDown。在實際開發中，接口名稱中的XXX 3個字母由所驅動的設備文件名前綴代替。
2.2 與應用程序的通信
　 設備驅動程序構造成功后，將它與設備一同安裝進系統，以便用戶可以對設備進行適當的控制及訪問。在桌面Windows和Windows CE兩個系統中使用Win32 API實現硬件的訪問。首先調用CreateFile創建1個設備的連接，獲得該設備的句柄（Handle），然后根據需要調用ReadFile、WriteFile、DeviceIoControI等函數對設備進行讀寫或者其他I/O控制操作，最后調用CloseHandle關閉設備。
　 在桌面Windows系統中，當用戶需要訪問某設備時，必須首先取出指定設備全局唯一標識符（GUID）的設備信息集，枚舉設備實例的接口數據，從中獲得設備的符號鏈接名，然后調用CreatFile創建設備，并獲得設備句柄，且在驅動程序內部通過處理IRP響應來自Win32應用程序對IRP_MJ_CREATE、IRP_MJ_READ、IRP_ MJ_WRITE和IRP_MJ_OCTL等請求;IRP由IRP首部結構和一系列的棧單元組成，每個棧單元是一個IO_STACK_LOCATION結構;驅動程序僅需知道當前I/O棧單元和IRP首部結構中的信息就可以對IRP進行處理。驅動程序處理完IRP后，使用IoCompleteRequest函數通知I/O管理器，可以通過其參數設定狀態碼和返回的字節數。而在Windows CE系統中，應用程序需要了解中斷處理線程中數據的輸入輸出完成情況,以便及時處理。這就需要建立應用程序和設備驅動程序的同步通信。2.3 設備名
    在Windows設備驅動中,為了提供對Win32程序可用的名字，必須為每個設備創建符號鏈接。在桌面Windows和Windows CE兩個系統中，都可以采用1個明確的符號鏈接名。1個具體設備名稱是由設備名前綴和設備名索引組成的，即3個大寫字母、1位數字和冒號組成。另外在桌面Windows系統中，還可以采用設備接口為設備創建符號鏈接。每個設備接口由1個128位全局唯一標識符(GUID)標志，把設備注冊為1個特定的設備接口就創建了1個符號鏈接。用戶態設備可以取得擁有此GUID的設備。
2.4 驅動程序的運行模式
　 在Windows系統中支持兩種基本模式的驅動程序類型，即用戶模式(User Mode)和內核模式(Kernel Mode)，不同的模式允許不同層次的內存存取和系統資源的分配。內核模式驅動程序則由運行于內核模式的系統級代碼組成，它們沒有系統資源存取的限制，可以執行任何有效的CPU指令，被用來直接控制硬件。用戶模式驅動程序是按用戶模式運行的系統級代碼，它們不能使用直接的硬件I/O指令來訪問硬件。
　 桌面Windows系統一般要求設備驅動運行在內核模式下，內核模式提供設備資源的直接訪問，沒有固定的用戶模式的輔助操作。
　 Windows CE系統一般要求設備驅動運行在用戶模式下，運行在用戶模式下有許多優點，最明顯優點的是當設備驅動開發有錯誤動作時，內核被有效地保護起來，明顯地減少了內核被驅動程序破壞或者可能導致不能重新啟動內核的潛在目標存儲錯誤，以及其他意想不到的災難等發生的可能性。
2.5 驅動程序的安裝
　 桌面Windows的驅動程序的通過INF文件安裝，INF文件是一個文本文件，含有安裝1個WDM驅動設備程序需要的所有必需的信息,包括要復制的文件列表、要創建的注冊表項等。驅動程序根據INF文件中的指令安裝，驅動程序可執行文件被復制到正確的位置，通常是Windows System32\Drivers目錄，然后創建各種注冊表項。Windows CE和桌面Windows之間的最大區別是Windows CE不支持.sys和.inf文件,Windows CE設備驅動是編譯成動態庫，將驅動的動態庫文件直接拷入Windows\目錄，然后創建各種注冊表項即可，減少了Windows CE加載程序的復雜性和大小。
3 開發環境比較
　 在桌面Windows系統中，驅動程序開發采用兩種方式,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核模式的調用，對沒有深厚的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，它是一個大的開發工具包，包含VtoolsD、SoftICE和DriverWorks等開發工具。利用DriverStudio開發WDM驅動程序，可以大大簡化開發人員的工作量、縮短開發周期以及降低開發驅動程序的難度。
　 Windows CE開發平臺的開發者、獨立硬件供應商（IHVS）和應用程序開發者都會從事基于Windows CE平臺的設備驅動程序開發。對于不同的開發者，微軟為Windows CE提供了2種開發工具：Platform Builder和Embedded Visual Tools。Platform Builder是一個定制基于Windows CE操作系統的嵌入式平臺的集成開發環境(IDE),為創建Windows CE嵌入式系統提供了全部相關工具，范圍包括用來開發基于Windows CE的應用程序和設備驅動程序以及用來創建操作系統的各種自定義版本。而Embedded Visual Tools主要用于上層應用程序、驅動的開發，功能類似于桌面Windows平臺上的開發工具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MFC、ATL以及COM／DCOM 的支持、應用程序向導、編譯調試等多種功能。
　 理解Windows CE與桌面Windows設備驅動程序開發的區別，有助于熟悉桌面Windows設備驅動程序開發的程序員快速掌握嵌入式操作系統Windows CE的設備驅動程序開發。近幾年來，信息家電、掌上電腦、電視機頂盒等基于Windows CE操作系統的設備已越來越普及，而Windows CE上的設備驅動程序還比較少，因此，Windows CE設備驅動程序具有不少的開發潛力和市場。希望本文對有意開發Windows CE設備驅動程序的人們有所幫助。
參考文獻
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