再說驅動

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隨著計算機應用的不斷人性化，我們的許多工作便利了，這其中驅動程序功不可沒，但作為幕后英雄，卻甚少為人關注。在此，主持人和嘉賓將分兩期來探討驅動程序所帶給我們的精彩。

主持人：

劉宗凡 廣東省四會中學

嘉賓：

陳守家 山東省濰坊商業學校

邱元陽 河南省安陽縣職業中專

驅動程序在電腦系統中起著非常關鍵的接口作用，是聯接硬件和操作系統的橋梁，其重要性不言而喻。驅動程序從本質上來說還是一段程序代碼，但它是一段特殊的代碼。驅動程序在操作系統中的工作處在一個管理級別的狀態，這個狀態具有沒有約束的權利，這樣的代碼如果工作不正常就會給系統帶來災難，因此驅動程序屬于底層的系統軟件。而因為硬件的多樣性，驅動程序的安裝也成了一個難題。在上一期我們已經探討了驅動程序的概念和安裝的基本問題，這一期我們再來深入談談驅動程序的方方面面。

● 驅動的分類

劉宗凡：驅動程序不是普通的應用軟件，它的特殊性體現在哪里？

邱元陽：驅動程序的代碼是為應用服務的，所以它的調用通常都是被動的，因為你不知道用戶什么時間使用哪個功能，所以驅動程序的代碼多數是些片段，用計算機術語來描述就是完成某個功能的函數。不像應用程序一樣自己知道下一步該干啥了，沒有整體感，只要函數完成一個規定的功能就可以了。不用管它什么時間被調用，只要讓系統知道完成該項功能的函數在哪里就行了。簡單來說設備驅動程序實質就是提供一組供應用程序操作設備的接口函數，各種設備提供的功能不同，驅動程序提供的函數接口也就不相同了。

陳守家：根據接口函數的不同，驅動程序的分類也比較復雜，我們用一個圖能看得更清楚（如圖1）。

1.虛擬設備驅動程序（Virtual Device Driver，縮寫為VDD）。它可使DOS應用程序訪問x86平臺上的硬件，也可支持Windows系統下的對端口訪問。

2.PnP驅動程序。類驅動程序是管理已定義類的設備，小驅動程序是為了給廠商提供專業支持的。由它們倆共同組成了視窗驅動程序模塊（Windows Driver Model，縮寫為WDM），它們是一種遵循電源管理協議并能在windows系統上實現源代碼級兼容的PnP驅動程序。PnP的任務是把物理設備和軟件設備驅動程序相配合并操作設備，在每個設備和它的驅動程序之間建立通信信道。

3.顯示驅動程序。這是用于顯示和打印設備的內核模式驅動程序。

4.文件系統驅動程序。在本地磁盤或網絡上實現標準PC文件系統模型（含多層次目錄結構和命名文件概念）。

5.保留設備驅動程序。這主要包括Windows NT早期版本的驅動程序，它直接控制一個硬件設備而不用其他驅動程序幫助，可以不做修改地在Windows的現行版本中運行。

劉宗凡：虛擬驅動程序除了陳老師講的這層含義，通常還有另一個含義：對不存在的設備的驅動。我們通過安裝一個虛擬驅動程序，來模擬一個實際的設備，哪怕這個設備是子虛烏有的。最有名的應該是虛擬光驅。我們在安裝虛擬光驅軟件時，實際上系統中已經安裝了一個虛擬光驅的驅動程序，通過這種方式來“欺騙”操作系統，讓它認為系統中存在一個實際的光驅。通過這個虛擬光驅的操作，可以大大加快真實光盤的運行速度，另外還減少了光盤的磨損，可謂一舉兩得。虛擬驅動這種“無中生有”的本事，給我們帶來了很多便利。

邱元陽：對，除了虛擬光驅，我們還可能用到虛擬網卡、虛擬打印機等，這都是通過虛擬驅動程序來實現的。打印機的驅動可以在沒有打印機的情形下進行安裝，以滿足文檔的打印預覽要求。虛擬打印機則往往是一個應用程序，實現文件的特殊輸出要求，如輸出為不同格式和類型的文件。

在虛擬機中的硬件，有真實物理機上的設備，也有虛擬的設備，其驅動程序與真實設備一樣。支持硬件虛擬化的設備，如CPU，可能還需要在主板BIOS中打開相應的設置。比如光驅，我們既可以使用實際的光驅，也可以使用某個ISO文件虛擬出來的光驅。當然網卡，必須有一個虛擬的，用來實現和宿主機之間的網絡連接。

● 驅動安裝之惑

劉宗凡：從各類的驅動程序就可以看出它們是非常復雜的，雖然很少走上前臺和我們直接打交道，但碰上一些不常見的設備，安裝驅動程序就是一件非常令人頭疼的事。我們在安裝驅動程序時使用什么辦法、會碰到哪些麻煩？

陳守家：驅動精靈是一個很智能很好用的驅動安裝輔助工具，能夠自動識別并從網絡上下載安裝相應設備的驅動程序。但是，如果網卡驅動本身還沒有正常安裝，驅動精靈的在線安裝也就無能為力了，因此驅動精靈又推出了離線版本，自帶了大量的驅動程序，需要事先完整下載下來才能進行安裝。當然，驅動精靈也有自帶的網卡驅動版本，如果驅動精靈在運行時檢測不到網絡連接，將自動識別、安裝網卡驅動。另外，驅動人生也是一款常用的驅動安裝軟件。

劉宗凡：除了用軟件來在線檢測硬件安裝驅動程序外，網上還有一種所謂的“萬能驅動”程序下載，從聲卡、顯卡、網卡到攝像頭、主板、游戲手柄等設備的萬能驅動都有。當然，每一個驅動程序都只能驅動某一種型號的硬件設備，所以萬能驅動聽起來好像很神秘，其實就是一堆常見硬件驅動程序的集合而已。如果我們在沒有網絡的情況下要安裝驅動程序，先下載好萬能驅動也未嘗不是一種好的選擇。另外，不同網站制作的萬能驅動也良莠不齊，大家應選擇比較專業的驅動程序網站制作的，這樣才會有更好的效果。

邱元陽：在早期的Windows中，安裝驅動程序是很困難的，因為那時在尚不完善的“即插即用”環境下，硬件的驅動程序間常常會發生沖突，從而導致無法正常工作。特別是在Windows 98時代，這種硬件沖突常常發生，系統安裝和維護時經常會為硬件的IRQ分配大傷腦筋。

IRQ（Interrupt Request），即“中斷請求”。硬件需要處理器去執行某些工作時，就會發出一個請求信號，通知處理器“中斷”正在執行的其他工作，優先處理請求，完成之后再繼續處理之前未完成的工作。

系統提供了16個IRQ請求號（從IRQ0至IRQ15），但是其中很多已經預先分配給特定的硬件了，只有IRQ5、IRQ9、IRQ10和IRQ11是空置的。但是要使用IRQ的周邊設備卻很多，聲卡、網卡等PCI設備都需要配置一個IRQ。如果有兩個設備使用了同一個IRQ，就會出現IRQ沖突，致使兩者都不能正常工作，尤以聲卡與其他設備的沖突最為常見。

有些硬件是可以共用一個IRQ的，但有些卻又不行。例如，PCI聲卡就需要獨享一個IRQ，有時甚至需要兩個（MIDI庫和Wave波表）。因此當系統自動分配IRQ時，若分配聲卡與其他設備共用一個IRQ，就容易發生IRQ沖突，這時就需要我們到BIOS中進行手動設置。

在Windows XP以后的系統中，即插即用（Plug-and-Play，簡稱PnP）功能已經非常完善，系統將自動找到一個不沖突的中斷號和I/O地址分配給外部設備，完全不需要人工干預，因而發生硬件沖突的可能性已經很小了。

PnP實現了硬件設備和驅動程序的協調配合，在每個設備和它的驅動程序之間建立通信信道，自動將I/O地址、IRQ、DMA通道和內存地址段等資源分配給相應的硬件，使它們無沖突地正常工作。但是，在主板的PCI、AGP和PCI-E等插槽中，存在共用中斷的情況，當在這些插槽中插入相應的板卡時，就有可能發生沖突。不過現在的主板基本上都集成了常用的聲卡、網卡和顯卡等芯片，去掉了共享中斷的多余插槽，不需要手工配置中斷，一般不會再出現硬件沖突。

陳守家：在安裝聲卡驅動程序時，我們常常會接到WDM的驅動程序。WDM（Windows Driver Model），即Win32驅動程序模型，是微軟力推的全新驅動程序模式，旨在通過提供一種靈活的方式來簡化驅動程序的開發，在實現對新硬件支持的基礎上減少并降低所必須開發的驅動程序的數量和復雜性。

WDM支持USB、IEEE 1394、ACPI等硬件標準，以往在兩個平臺上同時運行時需要編寫兩個截然不同的驅動程序，現在只要編寫一個WDM驅動程序就可以了。

Windows的驅動程序體系包括類驅動程序、總線驅動程序、迷你驅動程序和過濾器驅動程序。其支持的硬件可以在硬件兼容性列表（Hardware Compatibility list，HCL）中查到。WDM實現了一個模塊化的、分層次類型的微型驅動程序結構，這種架構有利于提升音效處理的效能。

劉宗凡：我們在安裝HD Audio聲卡驅動程序時有時會碰到一個提示：“需要HD Audio總線驅動程序，但是沒有找到。”無論你如何重新安裝聲卡驅動程序，也是無法成功的。其實這是缺少微軟HD Audio總線驅動程序，或稱UAA補丁，安裝這一補丁再安裝驅動程序就可以解決該問題。注意這只能用在Windows XP SP2及之前的系統。

陳守家：Windows XP以后的系統自帶有VGA驅動，即使沒有安裝顯卡驅動程序，也能夠以正常分辨率來顯示圖像。但是在VGA驅動下，顯示器的顯示效果很差，圖像變化的延遲非常明顯，甚至用鼠標拖動一下窗口都有明顯的閃爍和滯后，更不用說運行復雜的程序了。當有這種情況發生時，一般都是沒有安裝相應的顯卡驅動程序所致。

邱元陽：在設置顯示器分辨率時，有時一不小心選擇了顯示器不支持的高分辨率時，或者將某臺原來分辨率設置太高的主機搬到另一臺不支持這個分辨率的顯示器上用時，顯示器將無法顯示。這個問題其實很容易解決。我們將電腦重新啟動到安全模式，然后在設備管理器中將顯卡驅動卸載再重啟，我們就又回到了只有VGA驅動支持的情況，重新安裝顯卡驅動就可以了。

● 特殊設備驅動和驅動增強

劉宗凡：上面的驅動程序安裝其實還只算是比較普通的情況，驅動程序基本上都是裝完操作系統以后再安裝，但也有些特別的設備會有特別的要求。

邱元陽：對，如某些SCSI硬盤的驅動，磁盤陣列或陣列卡的驅動，甚至一些非原生SATA硬盤的驅動。在安裝系統的過程中如果沒有加載，就可能無法正常安裝操作系統，或者安裝后這類硬件也無法發揮正常功能。

在Windows系統特別是網絡操作系統的安裝過程中，會有一個按下F6鍵安裝第三方驅動的提示，用于安裝Windows沒有自帶而又需要在操作系統安裝完成之前加載的驅動。這類驅動程序往往需要光盤或者軟盤來提供，因為此時可能硬盤尚不能使用。在安裝服務器的操作系統時，特別是有些老式的SCSI設備或磁盤陣列卡時，經常會遇到這樣的問題。

此外，一些打印機可能還會要求在安裝驅動程序時斷開USB連接，安裝完成后再插上USB連接線，避免系統的PnP自動識別硬件。

陳守家：在驅動程序之外，我們可能會使用到一些設備增強軟件，因為這些軟件和硬件的特殊緊密關系，有時我們也可以把這些程序看作是驅動程序的一部分。例如，微軟通用的UAA高清音頻補丁能實現：①簡化音頻外設的安裝。②簡化音頻驅動程序的安裝。③提高系統穩定性。④提高性能。⑤免音頻干擾。⑥為需要保護的內容提供更高的安全性。這個補丁程序和設備驅動關系緊密，可以看成是驅動程序的一部分。

而RivaTuner是一款顯卡強力超頻調試軟件。它能夠提高圖像顯示質量和解決一些兼容性問題。aTuner是德國硬件網站3DCenter.de的nVIDIA顯示卡調節工具。它可以對nVIDIA GPU的反鋸齒、各項異性過濾、垂直刷新同步和MipMap LOD進行調節。軟件在啟動的時候會要求你打開4x全屏抗鋸齒。軟件界面非常簡單，所有功能都包含其中。在常用的項目中有OpenGL的全屏抗鋸齒、各項異性過濾、垂直刷新同步、MipMap LOD和D3D的全屏抗鋸齒、各項異性過濾、垂直刷新同步、MipMap LOD調節項目。

PowerStrip是一款通用各種顯卡的、功能非常強悍的顯卡、屏幕功能配置工具，諸如調整桌面尺寸、屏幕更新頻率、放大縮小桌面、屏幕位置調整、桌面字型調整、鼠標游標放大縮小、圖形與顯卡系統信息、顯卡運行性能調整等；而這些功能都可利用附在桌面上的Toolbar或是快速鍵來快速變更，支持用戶的喜好。它能修改顯卡的各個細致的配置，如添加一些顯卡原本不支持的分辨率，進行顯示核心軟超頻等（如圖2）。因此，它成為了不少顯卡發燒友的首選軟件。要注意的是，這個軟件能直接修改顯卡的工作參數，在錯誤的設置時可能會對顯卡造成損壞，不了解它的作用的選項最好不要貿然設置。

● 驅動開發環境

劉宗凡：我們在安裝驅動程序時往往會碰到一些很棘手的問題，而驅動程序的開發工作更具挑戰性。由于大多數的驅動程序在內核模式下運行，軟件的錯誤經常造成系統嚴重的不穩定，如藍屏死機等情況。雖然驅動程序是一般用戶所能掌握的，但了解一下它的開發要求和環境也是“發燒友”必修的課程。

陳守家：如果你要從事驅動開發，首先要明白手頭硬件的工作原理，包括處理器架構的知識；其次假如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；但是假如計劃在產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內部操作原理。

邱元陽：在Windows下進行驅動程序的編寫和開發，可以使用微軟的驅動程序開發環境DDK（Device Development Kit，設備開發包）或WDK（Windows Driver Kit，Windows驅動程序包），它們是不同版本的開發包，可根據不同的操作系統來選擇使用。如果是在Windows 7下進行開發，可以使用WDK，若在Windows XP下進行開發，最好使用DDK。

驅動程序的開發一般需要使用兩臺電腦，一臺用于開發，一臺用來調試。在個人工作環境下，也可以使用虛擬機來進行。

程序設計語言和編譯器也是不可缺少的，如VC++。具體的環境搭建，可以使用VS2008+DDK方式，再加上一個輔助工具DDK Wizard。Windows 7下也可以使用VS2010+WDK+VisualDDK來進行。

在測試和調試驅動程序時，可以使用自由構建和檢查構建的方式進行。內核模式調試需要一個目標機和一個主機，目標機用來運行驅動程序或另一內核模式的應用程序，主機運行調試程序。使用Driver Verifier這一工具可以用來監視和檢查內核模式驅動程序的運行。在DDK中有一些常見驅動程序的示例可以用來學習，甚至可以在其基礎上進行修改，開發出適合自己設備的驅動程序。

劉宗凡：驅動程序對于普通用戶來說確實是一匹不易駕馭的“野馬”，但我們只要細心觀察、多加琢磨、廣開思路，還是能夠掌握這門信息技術教師應該掌握的必修課。只要深入了解了驅動程序，就能讓電腦的各個部件完全發揮出它的功效來，讓其更好地為我們服務。