使用Windows虚拟设备驱动程序(VxD)之1

一、VxD介绍  

本文介绍VxD的作用。如果Windows 95提供的标准VxD对你的硬件或者软件不能提供100％的兼容支持，你需要为你的硬件或者软件（包括16位  
和32位软件）创建VxD。如果你想让Windows用户使用你的硬件或者软件的某些新特征，你也可以创建VxD。  
本文介绍如何写VxD，讲述了创建VxD所需的结构、过程和调用，还给出了创建和测试VxD的步骤。VxD可以是静态的或者动态装载的，下面的内  
容主要讲述静态VxD，不过关于格式和功能的内容两者都适用。  

二、什么是VxD  

VxD是一个管理例如硬件设备或者已安装软件等系统资源的32位可执行程序，使得几个应用程序可以同时使用这些资源。Windows通过使用VxD允  
许基于Windows的应用程序实现多任务。VxD在与Windows的连接工作中处理中断，并在不影响其它应用程序的执行的情况下为特定的应用程序执  
行I/O操作。大多数VxD管理硬件设备，也有一些VxD管理或代替与之相关的软件，例如ROM BIOS例程。VxD可以包含必须在相应设备上执行的设备相关代码，也可以依靠其它软件去执行这些对设备的操作。任何情况下，VxD都会为每一个应用程序保留该设备状态的记录，保证无论何时一个应用程序继续执行该设备均处于正确状态。  
一些VxD仅仅管理已安装软件，例如MS-DOS设备驱动程序或者TSR程序，这样的VxD通常包含仿真这些软件或者保护这些软件用于正在运行的应用  
程序的数据的代码。VxD有时还用于提高已安装软件的性能，Intel兼容CPU执行32位的VxD比执行16位的MS-DOS设备驱动程序或者TSR程序有更高的效率。  

三、标准VxD  

Windows包括多种VxD，用于支持公共硬件设备和可安装软件。在某些情况下，可能需要修改VxD以提供新的特征或者支持非标准硬件。  
Windows提供许多不准备修改，但能够辅助支持其他VxD的VxD。例如：许多VxD使用V86内存管理器（V86MMGR）和虚拟可编程中断控制器设备  
（VPICD）提供的功能保存V86模式内存和允许硬件中断请求。要取得开发VxD的帮助，Windows 95设备驱动程序开发工具包（DDK）包括了大量可用设备驱动程序的源代码。  

四、创建VxD  

你可以通过修改VxD例子程序或者自己手工创建来创建VxD。你可以用汇编语言来写VxD，也可以用高级语言（例如C语言）来写一部分VxD。  
要创建一个VxD，需要以下步骤：

1、阅读硬件手册中关于描述这种型号硬件VxD的章节。  
2、写出所需的控制过程，VxD服务和API函数。  
3、建立为VxD标识适当模块名的模块定义文件，并引出需要的设备描述块。  
4、汇编连接VxD。  
5、用调试版Windows 95测试VxD，要获得更多关于调试VxD的信息，请参阅相关资料（可以用Soft-ICE调试——译者注）。  
6、为VxD和相关文件建立安装文件（INF文件），通过修改注册信息和向Windows的SYSTEM目录和相关目录拷贝文件来安装VxD。  
7、建立最终发行软件包。  

五、你需要怎样开始  

本文假定你是一位有经验的汇编语言程序员，而且熟悉Intel兼容处理器的指令集和系统结构。在某些特殊情况下，你还应该懂得下列内容：  

保护模式和虚拟8086（即V86——译者注）模式。  
平坦内存模式  
中断和异常处理  
保护和特权级  
段和页式内存管理以及错误处理  
输入和输出保护以及错误处理  

本文也假定你已经熟练了解专门硬件的特征和相应的ROM BIOS例程以及其他可安装软件。  

六、写一个VxD  

许多情况下，写一个VxD用来代替一个由Windows 95提供的标准VxD。然而，大多数情况下，写一个VxD是用来支持新硬件设备或者软件的，在这  
种情况下，通常手工创建一个VxD比修改已经存在的VxD要容易，原因是大多数VxD都是设备相关的。然而，已存在VxD的源代码需要尽可能地仔  
细分析，原因是它们可能包含通用的格式和结构，以及说明怎样使用VMM和VxD服务去实现有用的功能。  

写一个VxD需要下列步骤：  
1、建立包含VxD各个段，VxD声明，设备控制过程，处理系统控制消息过程的基本部分和API过程的基本部分的VxD框架。  
2、加入实模式初始化过程（可选）。  
3、完成处理初始化消息的过程。这些过程应该能够初始化控制块，分配全局内存以及安装中断、I/O捕获和页错误回调过程。  
4、完成处理不同中断和错误的回调过程。  
5、为服务加入服务表定义和声明（可选）。  
6、完成API过程（可选）  
7、完成处理系统控制消息的过程以建立和删除虚拟机。  

在写一个VxD的过程中，你可以安装该VxD并在调试器控制下运行Windows，在该VxD中设置断点监视该VxD管理的中断，这样可以帮助你查明该VxD是否正确工作。  

1、VxD段  

VxD可以包含下面5个段的一些组合：  
1、VxD_CODE段：保护模式代码段（必须）。该段包含VxD系统控制过程、回调过程、服务和API过程。该段用宏VxD_CODE_SEG和VxD_CODE_ENDS  
定义开始和结束，也可命名为_LTEXT。  
2、VxD_DATA段：保护模式数据段（必须）。该段包括设备描述表、服务表和部分VxD全局数据。该段用宏VxD_DATA_SEG和VxD_DATA_ENDS定义开  
始和结束，也可命名为_LDATA。  
3、VxD_ICODE段：保护模式初始化代码段（可选）。该段一般包括只在VxD初始化过程中使用的过程和服务，VMM在Init_Complete消息发生后丢弃  
此段。该段用宏VxD_ICODE_SEG和VxD_ICODE_ENDS定义开始和结束，也可命名为_ITEXT。  
4、VxD_IDATA段：保护模式初始化数据段（可选）。该段一般包括初始化过程和服务使用的数据，VMM在Init_Complete消息发生后丢弃此段。该  
段用宏VxD_IDATA_SEG和VxD_IDATA_ENDS定义开始和结束，也可命名为_IDATA。  
5、VxD_REAL_INIT段：实模式初始化段（可选）。该段包含实模式初始化过程和数据，VMM在装载VxD其它部分之前调用此过程，过程返回后丢弃  
此段，该段用宏VxD_REAL_INIT_SEG和VxD_REAL_INIT_ENDS定义开始和结束，也可命名为_RTEXT。  

除实模式初始化段以外，所有代码和数据段均为32位平坦内存模式的保护模式段，这就是说定义在保护模式段中的过程和数据均为32位的偏移  
量。当VMM装载VxD时，按照VxD在内存中的实际位置修正所有的偏移量。因此，在保护模式段中使用普通OFFSET命令（伪操作，下同——译者注）  
处应该使用OFFSET32宏，OFFSET32宏定义的偏移量为连接器确定了正确的偏移量修正信息。
VxD不能改变CS、DS、ES和SS段寄存器，VxD能够使用FS和GS段寄存器。  

2、保护模式指令  

VxD的源程序文件必须以.386p命令开始，以通知汇编器允许保护模式指令。虽然VxD工作在0特权级，但也不应该用保护模式指令去修改CPU的  
运行，例如修改全局描述符（选择子——译者注）或中断描述符以及修改任务状态段或寄存器，这样做可能会对Windows运行有不利影响。唯一的  
例外情况是当该VxD为虚拟数学协处理器设备驱动程序（VMCPD），允许修改CR0寄存器中的80387位。  

3、包含（Include）文件  

包含文件定义了VxD需要的宏、结构、符号和服务表，用于声明段和过程以及使用VMM和其它VxD服务。下面是每个包含文件包含的公共服务定义、  
宏和符号定义列表：  
1、VMM.INC：包含所有的VMM服务以及所需的宏和符号，例如Declare_Virtual_Device和VMMCall。  
2、DEBUG.INC：包含在调试终端上输出信息和执行各种数据检查的宏。这些宏的功能由定义了调试符号的VxD在汇编时该文件生成的代码实现。  
3、VPICD.INC：包含为虚拟可编程中断控制器设备（VPICD）定义的所有服务、宏和符号。VPICD处理所有的中断，所以许多VxD需要VPICD服务。  
4、SHELL.INC：包含虚拟外壳设备提供的公共服务的定义。虚拟外壳设备提供对例如MessageBox这样的Windows函数的调用，可以让VxD显示对话框。  

4、VxD声明  

每一个VxD都要声明一个名称、一个版本号、一个初始化顺序和一个设备控制过程，许多虚拟设备驱动程序还声明一个设备标识和一些API过程。  
VxD一般使用Declare_Virtual_Device宏来实现这些声明，例如：  
Declare_Virtual_Device VSAMPLED, 4, 0, VSAMPLED_Control, \  
VSAMPLED_Device_ID, VSAMPLED_Init_Order, \  
VSAMPLED_V86_API_Handler, \  
VSAMPLED_PM_API_Handler  
本例声明了一个VxD实例——VSAMPLED V4.0，在对应的源文件必须定义名字为VSAMPLED_Control的设备控制过程。符号VSAMPLED_Device_ID和  
VSAMPLED_Init_Order说明非标准VxD的标识和初始化顺序，该VxD支持V86模式和保护模式API过程。  
VMM用宏定义的信息来初始化VxD并发送系统控制消息给VxD，并且允许MS-DOS应用程序、设备驱动程序和TSR调用VxD。为了使VMM存取这些信  
息，相应的宏建立一个设备描述块（DDB）并将其保存在保护模式数据段中（DDB的格式与VxD_Desc_Block结构相同），宏为DDB建立了一个必须  
在VxD连接时被显式引出的标号。在上例中，DDB的名称是VSAMPLED_DDB。  

5、VxD标识（ID）  

一个VxD提供一个VxD标识，以区别于其它VxD。VMM动态连接例程使用VxD标识为合适的VxD连接服务调用，如果VxD提供服务或者提供V86模式和  
保护模式API过程以及其它需要唯一标识的情况，VxD就必须有唯一标识。虽然标准VxD使用预定义VxD标识（符号定义在VMM.INC文件中），支持  
新设备和新软件接口的VxD还是必须全部有新标识。为了防止与其他新VxD冲突，Microsoft通过请求和注册标识来保证没有其它厂商使用自己的VxD  
的标识，Microsoft保留0—01FFH之间的所有VxD标识自己使用。不提供服务或者API过程，或者不需要唯一标识的VxD应该使用Undefined_Device_ID符号来定义VxD标识。  

6、初始化顺序  

每一个VxD都有一个用于指定VMM应该何时初始化该VxD的初始化顺序值，VMM按照该值从小到大的顺序初始化虚拟机（VM——译者注）。如果两个或  
者两个以上的VxD有相同的值，VMM会按照SYSTEM.INI文件中出现的顺序来初始化，但指定顺序是没有保证的。  
对于需要调用其它VxD服务或者需要在其它VxD之前拦截中断的VxD，初始化顺序是很重要的。如果一个VxD需要在标准VxD之前或者之后初始化，  
它的初始化顺序值应该通过在标准VxD预定义的初始化顺序符号（在VMM.INC文件中定义）上加上或者减去一个小数值来创建。  
如果一个VxD不需要初始化顺序值，应该使用Undefined_Init_Order符号代替初始化顺序值。  

7、设备控制过程  

每一个VxD都有一个设备控制过程，VMM通过调用此过程给VxD发送VxD系统控制消息。系统控制消息指导VxD完成动作，例如自身初始化或者通  
知VxD虚拟机的变化（例如创建虚拟机）等。大多数VxD通过使用Begin_Control_Dispatch、Control_Dispatch和End_Control_Dispatch  
宏来定义设备控制过程，例如：  
Begin_Control_Dispatch VSAMPLED  
Control_Dispatch Sys_Critical_Init, VSAMPLED_Crit_Init  
Control_Dispatch Device_Init, VSAMPLED_Device_Init  
Control_Dispatch Sys_Critical_Exit, VSAMPLED_Crit_Exit  
End_Control_Dispatch VSAMPLED  
上例中，宏创建了一个名字为VSAMPLED_Control的设备控制过程，并生成了检查Sys_Critical_Init、Device_Init和Sys_Critical_Exit消息  
的指令。当这些消息发送到该过程时，该过程通过控制相应的过程（例如SAMPLED_Crit_Init）来处理消息，这些消息处理过程必须在VxD中定义。  

七、系统控制消息  

VMM发送系统控制消息给VxD，以通知VxD影响系统和虚拟机的变化。大多数VxD需要跟踪虚拟机的创建和状态，所以无论何时创建、初始化或者
终止虚拟机，VMM都会发送消息给VxD。VMM也会在执行焦点移动到一个虚拟机或者从一个虚拟机移走时，以及虚拟外壳设备需要给用户显示一个消  
息框时发送消息给VxD。  
下面是公共消息和VxD应该怎样处理这些消息的方法列表：  
Begin_Message_Mode消息：当虚拟外壳设备需要给用户显示一个消息框但不能使用系统虚拟机和Windows函数时VxD收到此消息。虚拟键盘、鼠标  
和显示设备保存当前状态，允许任何消息模式服务并为消息模式处理初始化相应设备。  
Create_VM消息：这是当一个新的虚拟机被创建时VxD收到的第一条消息。VxD应该初始化与虚拟机有关的数据，特别是控制块。  
Debug_Query消息：VxD从WDEB386调试器收到此消息。VxD可以显示调试列表和从调试终端读取用户命令。  
Destroy_VM消息：这是VxD收到的第三条虚拟机终止消息。Simulate_Int和Exec_Int服务对获得此消息的虚拟机不再有效。  
Device_Init消息：这是VxD收到的第二条消息。允许中断，大多数VxD分配和拷贝初始状态到系统虚拟机控制块中的设备指定部分，安装中断回  
调函数和I/O保护异常以及指定实例数据。这时，Simulate_Int和Exec_Int服务变得有效。  
End_Message_Mode消息：当虚拟外壳设备不再需要显示消息框时VxD收到此消息。虚拟键盘、鼠标和显示器设备恢复获得此消息的虚拟机以前保存  
的状态，禁止任何消息模式服务。  
Init_Complete消息：这是VxD收到的第三条消息，也是最后一条与系统初始化有关的消息。虽然大多数VxD都不处理此消息，但使用V86内存的  
VxD应该在此消息返回前定位和申请内存。当VxD返回此消息时，VMM丢弃VxD的初始化代码和数据段。  
Query_Destory消息：当虚拟外壳设备需要决定是否可以删除虚拟机时VxD收到此消息。VxD可以通过设置进位标志（CF——译者注）返回以阻止虚  
拟机被删除，在这种情况下VxD应该使用SHELL_Message服务来通知用户问题。  
Reboot_Processor消息：当用户试图重新启动计算机时VxD收到此消息。可以重新启动计算机的VxD，例如键盘设备应该完成该工作。  
Set_Device_Focus消息：当执行焦点从一个虚拟机移动到另一个虚拟机时VxD收到此消息。VxD恢复硬件设备到与虚拟机有关的状态。如果VxD使  
用I/O捕获管理没有执行焦点时的虚拟机，VxD应该尽可能地移走太多的I/O捕获，使虚拟机运行尽可能地快一些。  
Sys_Critical_Exit消息：这是VxD收到的最后一条消息。禁止中断，Simualte_Int和Exec_Int服务不再有效。VxD应该复位与之相关的硬件  
设备，保证能够无问题地返回到实模式。  
Sys_Critical_Init消息：这是VxD收到的第一条消息。中断仍然不被允许，所以VxD应该尽可能快地完成任务。大多数VxD完成下列任务：  
安装和初始化需要支持来自设备的硬件中断和来自VMM或者其它VxD的软件中断的任何函数，为设备提供需要单独使用V86模式内存页的申请，例  
如虚拟显示设备申请显示内存。初始化VxD服务需要的任何数据，这通常包括读取SYSTEM.INI文件中的设置。当处理此消息时，Simualte_Int和Exec_Int服务必须不被使用。  
Sys_VM_Init消息：在Init_Complete消息之后VxD收到此消息。VxD应该初始化系统虚拟机的硬件和软件状态。如果VxD设置进位标志返回，VMM  
终止所有进程并退出Windows。  
Sys_VM_Terminate消息：这是VxD收到的第一条系统虚拟机终止消息。VxD可以开始为虚拟机终止做准备。Simulate_Int和Exec_Int服务有效，系  
统虚拟机总是最后一个被终止的虚拟机。  
System_Exit消息：这是当系统终止时VxD收到的第一条消息。VMM在发送Sys_VM_Terminate消息之后发送此消息，允许中断，但Simualte_Int  
和Exec_Int服务不再有效。如果此消息来自一个致命错误的结果，VxD可以通过修改系统虚拟机的内存以恢复系统状态，使得Windows能够终止而  
不死机。  
VM_Critical_Init消息：这是当一个新的VxD（虚拟机——译者注）被创建时VxD收到的第二条消息。VxD可以通过设置进位标志返回以阻止虚拟  
机被建立。禁止中断，Simualte_Int和Exec_Int服务不再有效。  
VM_Init消息：这是当一个新的VxD被创建时VxD收到的第三条消息。VxD应该初始化虚拟机的硬件和软件状态，例如虚拟显示设备执行INT 10H功  
能设置初始显示模式。  
VM_Not_Execute消息：这是VxD收到的第二条虚拟机终止消息（如果虚拟机已经被虚拟外壳设备删除，这是收到的第一条消息）。VxD可以通过检查  
EDX寄存器中的标志来查明终止原因。Simulate_Int和Exec_Int服务对获得此消息的虚拟机不再有效。  
VM_Resume消息：当虚拟机的执行被恢复时VxD收到此消息，例如切换到前台时。VxD应该锁定任何资源和为虚拟机重新开始准备内部结构。如果  
VxD设置进位标志返回，VMM不恢复执行虚拟机。  
VM_Suspend消息：当虚拟机已经被挂起时VxD收到此消息，例如切换到后台时。VxD应该解锁任何与虚拟机有关的资源。  
VM_Terminate消息：这是VxD收到的第一条虚拟机终止消息。VxD可以开始准备虚拟机的终止。Simulate_Int和Exec_Int服务有效。 

使用Windows虚拟设备驱动程序(VxD)之2：【上一篇】
罗云彬VxD教程--VxD例程：消息框：【下一篇】