驅動程序

驅動程序

設備驅動程序
驅動程序是硬件和軟件功能連接的重要組成,随着各種硬件和相關軟件的頻繁換代與更新,驅動程序依然是計算機系統應用中所不可或缺的。從硬件與軟件的組成來闡述了計算機體系結構,并重點分析了計算機硬件驅動程序的基本結構、工作過程與所發揮的作用,以及驅動程序與硬件和軟件之間的關聯性,以提高人們對計算機硬件軟件相互配合工作機制的理解。[1]
    中文名:驅動程序 外文名:Driver 全稱:設備驅動程序 性質:使計算機和設備進行通信的特殊程序 作用:相當于硬件的接口 應用:硬盤、網卡、聲卡等

定義

驅動程序(Device Driver)全稱為“設備驅動程序”,是一種可以使計算機和設備通信的特殊程序,可以說相當于硬件的接口,操作系統隻能通過這個接口,才能控制硬件設備的工作,假如某設備的驅動程序未能正确安裝,便不能正常工作。正因為這個原因,驅動程序在系統中的所占的地位十分重要,一般當操作系統安裝完畢後,首要的便是安裝硬件設備的驅動程序。不過,大多數情況下,我們并不需要安裝所有硬件設備的驅動程序,例如硬盤、顯示器、光驅等就不需要安裝驅動程序,而顯卡、聲卡、掃描儀、攝像頭、Modem等就需要安裝驅動程序。另外,不同版本的操作系統對硬件設備的支持也是不同的,一般情況下版本越高所支持的硬件設備也越多,例如筆者使用了Windows XP,裝好系統後一個驅動程序也不用安裝。

設備驅動程序用來将硬件本身的功能告訴操作系統,完成硬件設備電子信号與操作系統及軟件的高級編程語言之間的互相翻譯。設備驅動程序通常會占到70%以上份額的操作系統内核源碼,且設備驅動程序的更新維護往往會牽涉到超過35%的源碼修改,故而保持設備驅動程序與操作系統内核不斷變化的其餘部分的一緻性是操作系統内核開發的一項難題。

當操作系統需要使用某個硬件時,比如:讓聲卡播放音樂,它會先發送相應指令到聲卡驅動程序,聲卡驅動程序接收到後,馬上将其翻譯成聲卡才能聽懂的電子信号命令,從而讓聲卡播放音樂。

所以簡單的說,驅動程序提供了硬件到操作系統的一個接口以及協調二者之間的關系,而因為驅動程序有如此重要的作用,所以人們都稱“驅動程序是硬件的靈魂”、“硬件的主宰”,同時驅動程序也被形象的稱為“硬件和系統之間的橋梁”。驅動程序即添加到操作系統中的一小塊代碼,其中包含有關硬件設備的信息,計算機就可以與設備進行通信基于此信息。驅動程序是硬件廠商根據操作系統編寫的配置文件,可以說沒有驅動程序,計算機中的硬件就無法工作。操作系統不同,硬件的驅動程序也不同,各個硬件廠商為了保證硬件的兼容性及增強硬件的功能會不斷地升級驅動程序。如:Nvidia顯卡芯片公司平均每個月會升級顯卡驅動程序2-3次。驅動程序是硬件的一部分,當你安裝新硬件時,驅動程序是一項不可或缺的重要元件。凡是安裝一個原本不屬于你電腦中的硬件設備時,系統就會要求你安裝驅動程序,将新的硬件與電腦系統連接起來。驅動程序扮演溝通的角色,把硬件的功能告訴電腦系統,并且也将系統的指令傳達給硬件,讓它開始工作。

當你在安裝新硬件時總會被要求放入“這種硬件的驅動程序”,很多人這時就開始頭痛。不是找不到驅動程序的盤片,就是找不到文件的位置,或是根本不知道什麼是驅動程序。比如安裝打印機這類的硬件外設,并不是把連接線接上就算完成,如果你這時候開始使用,系統會告訴你,找不到驅動程序。怎麼辦呢?參照說明書也未必就能順利安裝。其實在安裝方面還是有一定的慣例與通則可尋的,這些都可以幫你做到無障礙安裝。

在Windows系統中,需要安裝主闆、光驅、顯卡、聲卡等一套完整的驅動程序。如果你需要外接别的硬件設備,則還要安裝相應的驅動程序,如:外接遊戲硬件要安裝手柄、方向盤、搖杆、跳舞毯等的驅動程序,外接打印機要安裝打印機驅動程序,上網或接入局域網要安裝網卡、Modem甚至ISDN、ADSL的驅動程序。為了便于了解驅動程序,下面就介紹Windows系統中各種的不同硬件設備的驅動程序。

在Windows9x下,驅動程序按照其提供的硬件支持可以分為:聲卡驅動程序、顯卡驅動程序、鼠标驅動程序、主闆驅動程序、網絡設備驅動程序、打印機驅動程序、掃描儀驅動程序等等。為什麼沒有CPU、内存驅動程序呢?因為CPU和内存無需驅動程序便可使用,不僅如此,絕大多數鍵盤、鼠标、硬盤、軟驅、顯示器和主闆上的标準設備都可以用Windows自帶的标準驅動程序來驅動,當然其它特定功能除外。如果你需要在Windows系統中的DOS模式下使用光驅,那麼還需要在DOS模式下安裝光驅驅動程序。多數顯卡、聲卡、網卡等内置擴展卡和打印機、掃描儀、外置Modem等外設都需要安裝與設備型号相符的驅動程序,否則無法發揮其部分或全部功能。驅動程序一般可通過三種途徑得到,一是購買的硬件附帶有驅動程序;二是Windows系統自帶有大量驅動程序;三是從Internet下載驅動程序。最後一種途徑往往能夠得到最新的驅動程序。

供Windows9x使用的驅動程序包通常由一些。vxd(或。386)、。drv、。sys、。dll或。exe等文件組成,在安裝過程中,大部分文件都會被拷貝到“WindowsSystem”目錄下。

在軟件測試中:在自底向上測試中,要編寫稱為測試驅動的模塊調用正在測試的模塊。測試驅動模塊以被測試模塊同樣的方式挂接,向處于測試的模塊發送測試用例數據,接受返回結果,驗證結果是否正确,所以程序都要驅動程序。不然,像打印機、音響,電腦都無法識别。每台電腦購買時都有驅動程序。

作用

驅動程序本質上是軟件代碼,主要作用是計算機系統與硬件設備之間完成數據傳送的功能,隻有借助驅動程序,兩者才能通信并完成特定的功能。如果一個硬件設備沒有驅動程序,隻有操作系統是不能發揮特有功能的,也就是說驅動程序是介于操作系統與硬件之間的媒介,實現雙向的傳達,即将硬件設備本身具有的功能傳達給操作系統,同時也将操作系統的标準指令傳達給硬件設備,從而實現兩者的無縫連接。

随着電子技術的飛速發展,電腦硬件的性能越來越強大。驅動程序是直接工作在各種硬件設備上的軟件,其“驅動”這個名稱也十分形象的指明了它的功能。正是通過驅動程序,各種硬件設備才能正常運行,達到既定的工作效果。

硬件如果缺少了驅動程序的“驅動”,那麼本來性能非常強大的硬件就無法根據軟件發出的指令進行工作,硬件就是空有一身本領都無從發揮,毫無用武之地。這時候,電腦就正如古人所說的“萬事俱備,隻欠東風”,這“東風”的角色就落在了驅動程序身上。如此看來,驅動程序在電腦使用上還真起着舉足輕重的作用。

從理論上講,所有的硬件設備都需要安裝相應的驅動程序才能正常工作。但像CPU、内存、主闆、軟驅、鍵盤、顯示器等設備卻并不需要安裝驅動程序也可以正常工作,而顯卡、聲卡、網卡等卻一定要安裝驅動程序,否則便無法正常工作。這是為什麼呢?

這主要是由于這些硬件對于一台個人電腦來說是必需的,所以早期的設計人員将這些硬件列為BIOS能直接支持的硬件。換句話說,上述硬件安裝後就可以被BIOS和操作系統直接支持,不再需要安裝驅動程序。從這個角度來說,BIOS也是一種驅動程序。但是對于其他的硬件,例如:網卡,聲卡,顯卡等等卻必須要安裝驅動程序,不然這些硬件就無法正常工作。

當然,也并非所有驅動程序都是對實際的硬件進行操作的,有的驅動程序隻是輔助系統的運行,如android中的有些驅動程序提供輔助操作系統的功能,這些驅動不是linux系統的标準驅動,如ashmen,binder等。

界定

驅動程序可以分為官方正式版、微軟WHQL認證版、第三方驅動、發燒友修改版、Beta測試版。

正式版

官方正式版驅動是指按照芯片廠商的設計研發出來的,經過反複測試、修正,最終通過官方渠道發布出來的正式版驅動程序,又名公版驅動。通常官方正式版的發布方式包括官方網站發布及硬件産品附帶光盤這兩種方式。穩定性、兼容性好是官方正式版驅動最大的亮點,同時也是區别于發燒友修改版與測試版的顯著特征。因此推薦普通用戶使用官方正式版,而喜歡嘗鮮、體現個性的玩家則推薦使用發燒友修改版及Beta測試版。

認證版

WHQL是Windows Hardware Quality Labs的縮寫,中文解釋為:Windows硬件質量實驗室,縮寫分類:電子電工。是微軟對各硬件廠商驅動的一個認證,是為了測試驅動程序與操作系統的相容性及穩定性而制定的。也就是說通過了WHQL認證的驅動程序與Windows系統基本上不存在兼容性的問題。

第三方

第三方驅動一般是指硬件産品OEM廠商發布的基于官方驅動優化而成的驅動程序。第三方驅動擁有穩定性、兼容性好,基于官方正式版驅動優化并比官方正式版擁有更加完善的功能和更加強勁的整體性能的特性。因此,對于品牌機用戶來說,筆者推薦用戶的首選驅動是第三方驅動,第二選才是官方正式版驅動;對于組裝機用戶來說,第三方驅動的選擇可能相對複雜一點,因此官方正式版驅動仍是首選。

修改版

發燒友令筆者首先就聯想到了顯卡,這是為什麼呢?因為一直以來,發燒友通常都被用來形容遊戲愛好者。筆者的這個想法也正好和發燒友修改版的誕生典故相符的,因為發燒友修改版的驅動最先就是出現在顯卡驅動上的,由于衆多發燒友對遊戲的狂熱,對于顯卡性能的期望也就是比較高的,這時候廠商所發布的顯卡驅動就往往都不能滿足遊戲愛好者的需求了,因此經修改過的以滿足遊戲愛好者更多的功能性要求的顯卡驅動也就應運而生了。如今,發燒友修改版驅動又名改版驅動,是指經修改過的驅動程序,而又不專指經修改過的驅動程序。

測試版

測試版驅動是指處于測試階段,還沒有正式發布的驅動程序。這樣的驅動往往具有穩定性不夠、與系統的兼容性不夠等bug。嘗鮮和風險總是同時存在的,所以對于使用Beta測試版驅動的用戶要做好出現故障的心理準備。

驅動程序的開發

驅動程序的開發工作是很具挑戰性的,因為必須配合着硬件與軟件上相當明确與高級的平台技術。由于大多數的驅動程序(device drivers)運行在内核模式(kernel mode),軟件的錯誤經常造成系統嚴重的不穩定,例如藍屏(blue screen),這跟過去的用戶模式(user mode)下的程序設計(例如Delphi、VB、Java)有明顯的差異性。

驅動開發的原理與步驟:1,明白你手頭的硬件工作原理,包括處理器架構的知識,還有外設控制器的datasheet為必讀之物;2,假如你們要開發的整個系統是裸機程序,那你要開發的驅動程序就是一套和硬件打交道的函數庫;但是假如你們計劃在産品中使用一個操作系統,那開發驅動之前就需要熟悉這個操作系統的相關内部操作原理,因為你寫的是驅動程序需要很好的“鑲嵌”到這個操作系統的環境中去。

微軟平台

為了大量減輕驅動程序開發人員的負擔,微軟不斷的改進驅動程序的開發軟件與架構,從早期複雜深晦的VxD,到Windows XP上的Windows Driver Model(以下簡稱WDM)開發架構,如今Windows Driver Foundation(以下簡稱WDF)已成為新一代的Windows平台驅動程序發展架構,這個架構大量簡化了驅動程序的開發流程,更符合面向對象的精神,此架構包含了UserMode Driver Framework與Kernel Mode DriverFramework兩種開發模式。在開發Windows平台上的驅動程序之前,必須先安裝DDK包,支持WDM與WDF兩種架構。

Unix平台

Linux作為UNIX的一個變種,繼承了UNIX的設備管理方法,将所有的設備是具體的文件,通過文件系統層對設備進行訪問。這種設備管理方法可以很好地做到“設備無關性”,可以根據硬件外設的更新進行方便的擴展。

Linux中的設備大緻可以分為三類:字符設備,塊設備,網絡設備。

字符設備沒有緩沖區,以字節為單位順序處理數據,不支持随機讀寫。常見的字符設備如普通打印機、系統的串口、終端顯示器、嵌入式設備中的簡單按鍵、手寫闆等。

塊設備是指在輸入輸出時數據處理以塊為單位的設備,一般都采用緩沖技術,支持數據的随機讀寫。典型的塊設備有硬盤、光驅等。

字符設備和塊設備面向的上一層是文件系統層。對用戶來說,塊設備和字符設備的訪問接口都是一組基于文件的系統調用,如read, write等。

網絡設備與塊設備和字符設備不同,網絡設備面向的上一層是網絡協議層。設備文件是一個唯一的名字(如eth0),在文件系統中不存在對應的節點項。内核和網絡驅動程序之間的通信使用的是一套和數據包傳輸相關的函數,而不是簡單的讀寫操作。

每一個設備都有一對主設備号、次設備号的參數作為唯一的标識。主設備号标識設備對應的驅動程序;次設備号用來區分具體驅動程序的實例。主設備号的獲取可以通過動态分配或指定的方式。在嵌入式系統中外設較少,一般采用指定的方式。

安裝順序

驅動程序安裝的一般順序:主闆芯片組(Chipset)→顯卡(VGA)→聲卡(Audio)→網卡(LAN)→無線網卡(Wireless LAN)→紅外線(IR)→觸控闆(Touchpad)→PCMCIA控制器(PCMCIA)→讀卡器(Flash Media Reader)→調制解調器(Modem)→其它(如電視卡、CDMA上網适配器等等)。不按順序安裝很有可能導緻某些軟件安裝失敗。

第一步,安裝操作系統後,首先應該裝上操作系統的Service Pack(SP)補丁。我們知道驅動程序直接面對的是操作系統與硬件,所以首先應該用SP補丁解決了操作系統的兼容性問題,這樣才能盡量确保操作系統和驅動程序的無縫結合。

第二步,安裝主闆驅動。主闆驅動主要用來開啟主闆芯片組内置功能及特性,主闆驅動裡一般是主闆識别和管理硬盤的IDE驅動程序或補丁,比如Intel芯片組的INF驅動和VIA的4in1補丁等。如果還包含有AGP補丁的話,一定要先安裝完IDE驅動再安裝AGP補丁,這一步很重要,也是很多造成系統不穩定的直接原因。

第三步,安裝DirectX驅動。這裡一般推薦安裝最新版,DirectX的最新版本是DirectX9。0C。可能有些用戶會認為:“我的顯卡并不支持DirectX9,沒有必要安裝DirectX9。0C”,其實這是個錯誤的認識,把DirectX等同為了Direct3D。DirectX是微軟嵌在操作系統上的應用程序接口(API),DirectX由顯示部分、聲音部分、輸入部分和網絡部分四大部分組成,顯示部分又分為Direct Draw(負責2D加速)和Direct3D(負責3D加速),所以說Direct3D隻是它其中的一小部分而已。而新版本的DirectX改善的不僅僅是顯示部分,其聲音部分(DirectSound)——帶來更好的聲效;輸入部分(Direct Input)——支持更多的遊戲輸入設備,并對這些設備的識别與驅動上更加細緻,充分發揮設備的最佳狀态和全部功能;網絡部分(DirectPlay)——增強計算機的網絡連接,提供更多的連接方式。隻不過是DirectX在顯示部分的改進比較大,也更引人關注,才忽略了其他部分的功勞,所以安裝新版本的DirectX的意義并不僅是在顯示部分了。當然,有兼容性問題時另當别論。

第四步,這時再安裝顯卡、聲卡、網卡、調制解調器等插在主闆上的闆卡類驅動。

第五步,最後就可以裝打印機、掃描儀、讀寫機這些外設驅動。

這樣的安裝順序就能使系統文件合理搭配,協同工作,充分發揮系統的整體性能。

另外,顯示器、鍵盤和鼠标等設備也是有專門的驅動程序,特别是一些品牌比較好的産品。雖然不用安裝它們也可以被系統正确識别并使用,但是安裝上這些驅動程序後,能增加一些額外的功能并提高穩定性和性能。

inf文件

Windows怎樣知道安裝的是什麼設備,以及要拷貝哪些文件呢?答案在于一張inf文件。

以。inf為後置名的文件是從Windows95時代開始引入的一種描述設備安裝信息的文件,它用特定語法的文字來說明要安裝的設備類型、生産廠商、型号、要拷貝的文件、拷貝到的目标路徑,以及要添加到注冊表中的信息。通過讀取和解釋這些文字,Windows便知道應該如何安裝驅動程序。幾乎所有硬件廠商提供的用于Windows9x下的驅動程序都帶有安裝信息文件。事實上,inf文件不僅可用于安裝驅動程序,還能用來安裝與硬件并沒有什麼關系的軟件,例如Windows98支持“Windows更新”功能,更新時下載的系統部件就是利用inf文件來說明如何安裝該部件的。

在安裝驅動程序時,Windows一般要把。inf文件拷貝一份到“WindowsInf”或“WindowsInfOther”目錄下,以備将來使用。Inf目錄下除了有inf文件外,還有兩個特殊文件Drvdata。bin和Drvidx。bin,以及一些pnf文件,它們都是Windows為了加快處理速度而自動生成的二進制文件。Drvdata。bin和Drvidx。bin記錄了inf文件描述的所有硬件設備,也許朋友們會有印象:當我們在安裝某些設備時,經常會看到一個“創建驅動程序信息庫”的窗口,此時Windows便正在生成這兩個二進制文件。

Windows9x專門提供有“添加新硬件向導”(以下簡稱硬件向導)來幫助使用者安裝硬件驅動程序,使用者的工作就是在必要時告訴硬件向導在哪兒可以找到與硬件型号相匹配的。inf文件,剩下的絕大部分安裝工作都将由硬件安裝向導自己完成。

給硬件設備安裝驅動程序對Windows9x用戶來說并不是一件陌生事,在安裝或重裝Windows時需要安裝驅動程序,在購買了某些新硬件之後也需要安裝驅動程序。如果驅動程序安裝不正确,系統中某些硬件就可能無法正常使用。雖然Windows9x支持即插即用,能夠為用戶減輕不少工作,但由于PC機的設備有非常多的品牌和型号,加上各種新産品不斷問世,Windows不可能自動識别出所有設備,因此在安裝很多設備時都需要人工幹預。

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