摘要：本文介紹了Windows下驅動程序的設計的必要性和基本方法，主要適合於驅動程序的初學者。
一、驅動程序設計的必要性
在傳統DOS系統下，每個應用程序都有權利讀寫硬件，讀寫I/O端口，控制系統中斷，然而到了Windows系統中，爲了保持良好的系統安全性，對應用程序的權限作出了限制，因爲不適當的硬件讀寫會引發整個系統的崩潰。在Windows系統中，將整個程序設計爲分層結構，其中，應用程序位於ring3，驅動程序位於ring0，應用程序不能讀寫底層硬件，對於硬件操作必須藉助於底層驅動程序，所以，只要是與硬件系統打交道的Windows程序，必然會涉及到驅動程序的開發和設計。
二、驅動程序的分類和設計工具
驅動程序是Windows系統的內核，驅動程序的分類與Windows相關，在Windows 9X下，驅動程序的類型爲VXD(虛擬設備驅動程序)，在Windows 2000/XP，驅動程序的類型爲WDM（Windows驅動程序設計模型），生成的驅動程序設計文件爲.sys格式。
在Windows9X下，設計驅動程序的工具稱爲VTOOLSD，而在Windows 2000/xp下，設計驅動程序的工具爲DriverStudio中的DriverWorks，另外的設計驅動程序的工具還有WinDriver，微軟提供的開發工具爲Windows DDK。由於所有的驅動設計工具均以DDK作爲基本的類或者參照，加上DDK是一個免費軟件，所以在下面主要以DDK爲例進行講解，掌握了DDK工具，其他工具也就變得簡單了。
三、Window DDK軟件的安裝與環境設置
每個Windows系統都有各自的DDK開發工具，在安裝DDK前，請先根據Windows系統的不同，安裝不同的DDK工具。在安裝DDK之前，請先安裝相應的編譯器如Visual C++6.0，本文以Windows 2000下的DDK爲例，說明安裝過程，安裝DDK完成後，選擇菜單“開始”->“Development Kit”－>“Check Build environment”將自動進行各項環境的設置，當然用戶也可選擇“Free Build environment”，二者的區別在於“check”帶有調試信息，“Free”則不帶有調試信息，一般情況下，在軟件開發階段，選用“check”，而在發佈階段，選用“Free”。
選擇上述命令後，將進入編譯環境，該環境爲“DOS”界面，進入驅動程序所在的目錄，一般情況下，該目錄包含了以下文件：
makefile 編譯文件，一般不作更改
sources 規定了其中的源文件，驅動程序的類型
源文件 爲.c或者.h文件
爲了編寫方便，我們可以進入DDK提供的例子下面，將makefile和sources拷貝到我們程序所在的目錄下，將sources進行簡單的修改，編譯時，進入相應的目錄，在該目錄下輸入“Build”，系統編譯完成後，將在objchk\i386目錄下生成相應的.sys文件。
四、驅動程序的編寫
尋找一個合適的編譯器如EditPlus，當然也可以用VC，只不過需要手動編譯，第一步，找到驅動程序的入口函數DriverEntry()，相當於Main（）或者WinMain（），所有的驅動函數入口均從DriverEntry（）開始，下面以端口驅動程序爲例，說明驅動的編寫。該文件位於NTDDK\src\general\portio下。
1．創建設備
對於設備驅動程序，首先要創建該設備，這段代碼可以放在DriverEntry中，也可放在AddDevice中。
首先，調用IoCreateDevice（）創建自己的設備，該函數用法可以參考DDK或者相關示例。在端口操作中，可以將函數寫爲：
status = IoCreateDevice (DriverObject,
sizeof (LOCAL_DEVICE_INFO),
&7,
GPD_TYPE,
0,
FALSE,
&deviceObject);
其次，調用函數IoCreateSymbolicLink（）創建兩個設備之間的連接
status = IoCreateSymbolicLink( &win32DeviceName, &ntDeviceName );
2．初始化所用的資源
在驅動程序中，總需要訪問I/O端口、系統中斷、內存地址以及DMA，使用這些資源之前，需要獲取資源並且初始化，一種簡單的方法是直接指定，如中斷10，DMA3等，這種方法雖然簡單，但靈活性差，任何硬件資源的改變均需在驅動程序中作出修改；另一種較爲科學的方法就是讓驅動程序訪問註冊表，從註冊表中訪問硬件資源，然後進行初始化。
在驅動程序中，訪問註冊表的函數爲RtlQueryRegistryValues（），該函數的用法較爲複雜，可參考相關資料，建議在驅動程序開始開發時，直接給資源賦值，等驅動程序調試成功後再加入訪問註冊表代碼。
3．註冊驅動程序的各個處理函數
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = GpdDispatch;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = GpdDispatch;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = GpdDispatch;
DriverObject->DriverUnload = GpdUnload;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_PNP] = GpdDispatchPnp;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_POWER] = GpdDispatchPower;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_SYSTEM_CONTROL]= SystemControl;
DriverObject->DriverExtension->AddDevice = GpdAddDevice;
處理函數的註冊方法有點類似Windows下應用程序設計的消息處理函數，註冊完成後，當處理相應的IRP時，自動調用相應的函數模塊。
五、驅動程序與應用程序間的信息交互
驅動程序用以訪問底層硬件，應用程序實現人機交互，驅動程序和應用程序之間需要實現相應的信息交互，一方面，應用程序通過對驅動程序發送相應的指令，實現硬件控制的動作指令，另一方面，驅動程序將硬件讀寫的狀態、從硬件上獲得的數據傳送給驅動程序，實現應用程序與驅動程序間的交互函數包括以下API函數；相應的API函數能夠激發驅動程序的消息。
接口API函數 驅動程序的中IRP
CreateFile IRP_MJ_CREATE
CloseHandle IRP_MJ_CLOSE
ReadFile IRP_MJ_READ
WriteFile IRP_MJ_WRITE
DeviceIoControl IRP_MJ_DEVICE_CONTROL
在應用程序中，用戶可以調用上述函數操作驅動程序，其中CreateFile( )用於打開驅動程序，在使用完驅動程序之後，可以用CloseHandle（）關閉驅動程序，ReadFile( )用於從驅動程序中讀取數據，WriteFile（）用以往驅動程序中寫入數據，在函數中，最重要的是DeviceIoControl（），通過定義各種ITL_CODE來實現應用程序與驅動程序間的通訊函數，並可以傳遞各種參數和數據。
六、驅動程序的安裝
1．手動安裝方法
生成的驅動程序爲sys後綴，一般放於Windows\System32\Drivers目錄下，如果進行手動安裝，可以將生成好的驅動程序拷貝到該目錄中，然後修改註冊表，對於註冊表的修改，可以進入註冊表修改程序進行修改，也可編寫註冊表程序進行修改，以下爲一註冊驅動程序的註冊表文件示例。
REGEDIT4
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Device]
"Type"=dword:00000001
"Start"=dword:00000001
"ErrorControl"=dword:00000001
"DisplayName"="Device"
"Group"="port"
"Tag"=dword:00000001
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Device\Parameters]
"IRQ Line"=dword:00000003
直接在資源管理器下雙擊reg文件，在彈出的窗口上選擇“是”將直接修改註冊表，完成後，重新啓動Windows系統，將調用驅動程序。
2．編寫安裝文件INF
INF文件含有安裝一個WDM設備驅動程序需要的所有必需的信息，包括賦值的文件列表，要創建的註冊表項等，Windows爲大多數類型的設備提供了一個標準的安裝程序。INF文件是一個文本文件，由節組成，每一節從括在方括號中的節的名稱開始，後面是節的內容，每一行可以是簡單的一項，或者設置一個一個值。具體的INF文件編寫可以參考現成的示例。
DDK安裝完成後，其中存在工具GenINF，可以按照該向導進行INF文件的編寫。
3．利用API函數編程實現驅動程序的安裝
利用API函數實現註冊表的安裝，其實是利用訪問註冊表的API函數訪問修改註冊表，實現驅動程序的安裝。這種方法完全可以嵌入到我們的應用程序中，以下提供了安裝驅動程序的API代碼。主要的API函數包括RegCreateKeyEx（），RegSetValueEx（），RegQueryValueEx（），RegCloseKey（） 。
七、驅動程序的調試
由於驅動程序的所有信息不能直接輸出到屏幕上，所以驅動程序的調試較一般應用程序要難得多，在調試時，可以利用應用程序中的DeviceIoControl（）獲取驅動程序的狀態，也可藉助調試工具SoftIce，比較方便的工具是SysInternals公司的DebugView，如果驅動程序中帶有調試語句信息DbgPrint（），可以直接將該函數提供的信息顯示到屏幕上。