驅動程序

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，可以説相當於硬件的接口，操作系統只能通過這個接口，才能控制硬件設備的工作，假如某設備的驅動程序未能正確安裝，便不能正常工作。正因為這個原因，驅動程序在系統中的所佔的地位十分重要，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，我們並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。

設備驅動程序用來將硬件本身的功能告訴操作系統，完成硬件設備電子信號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佔到70%以上份額的操作系統內核源碼，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內核不斷變化的其餘部分的一致性是操作系統內核開發的一項難題 ^[1]  。

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，馬上將其翻譯成聲卡才能聽懂的電子信號命令，從而讓聲卡播放音樂。

所以簡單的説，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係，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樑”。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於此信息。驅動程序是硬件廠商根據操作系統編寫的配置文件，可以説沒有驅動程序，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於你電腦中的硬件設備時，系統就會要求你安裝驅動程序，將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，並且也將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，並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？參照説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，需要安裝主板、光驅、顯卡、聲卡等一套完整的驅動程序。如果你需要外接別的硬件設備，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、搖桿、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。為了便於瞭解驅動程序，下面就介紹Windows系統中各種的不同硬件設備的驅動程序。

在Windows 9x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、鼠標驅動程序、主板驅動程序、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、內存驅動程序呢？因為CPU和內存無需驅動程序便可使用，不僅如此，絕大多數鍵盤、鼠標、硬盤、軟驅、顯示器和主板上的標準設備都可以用Windows自帶的標準驅動程序來驅動，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、網卡等內置擴展卡和打印機、掃描儀、外置Modem等外設都需要安裝與設備型號相符的驅動程序，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Windows 9x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“Windows\ System”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掛接，向處於測試的模塊發送測試用例數據，接受返回結果，驗證結果是否正確，所以程序都要驅動程序。不然，像打印機、音響，電腦都無法識別。每台電腦購買時都有驅動程序。

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，只有藉助驅動程序，兩者才能通信並完成特定的功能。如果一個硬件設備沒有驅動程序，只有操作系統是不能發揮特有功能的，也就是説驅動程序是介於操作系統與硬件之間的媒介，實現雙向的傳達，即將硬件設備本身具有的功能傳達給操作系統，同時也將操作系統的標準指令傳達給硬件設備，從而實現兩者的無縫連接 ^[2]  。

隨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瞭它的功能。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，電腦就正如古人所説的“萬事俱備，只欠東風”，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、內存、主板、軟驅、鍵盤、顯示器等設備卻並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？

這主要是由於這些硬件對於一台個人電腦來説是必需的，所以早期的設計人員將這些硬件列為BIOS能直接支持的硬件。換句話説，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。從這個角度來説，BIOS也是一種驅動程序。但是對於其他的硬件，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，也並非所有驅動程序都是對實際的硬件進行操作的，有的驅動程序只是輔助系統的運行，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系統的標準驅動，如ashmen，binder等。

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。

官方正式版驅動是指按照芯片廠商的設計研發出來的，經過反覆測試、修正，最終通過官方渠道發佈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佈方式包括官方網站發佈及硬件產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，同時也是區別於發燒友修改版與測試版的顯著特徵。因此推薦普通用户使用官方正式版，而喜歡嚐鮮、體現個性的玩家則推薦使用發燒友修改版及Beta測試版。

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。也就是説通過了WHQL認證的驅動程序與Windows系統基本上不存在兼容性的問題。

第三方驅動一般是指硬件產品OEM廠商發佈的基於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，基於官方正式版驅動優化並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，對於品牌機用户來説，筆者推薦用户的首選驅動是第三方驅動，第二選才是官方正式版驅動；對 於組裝機用户來説，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。

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，由於眾多發燒友對遊戲的狂熱，對於顯卡性能的期望也就是比較高的，這時候廠商所發佈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。

測試版驅動是指處於測試階段，還沒有正式發佈的驅動程序。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。嚐鮮和風險總是同時存在的，所以對於使用Beta測試版驅動的用户要做好出現故障的心理準備。

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確與高級的平台技術。由於大多數的驅動程序（device drivers）運行在內核模式（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），這跟過去的用户模式（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，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。

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。

Linux作為UNIX的一個變種，繼承了UNIX的設備管理方法，將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中的設備大致可以分為三類：字符設備，塊設備，網絡設備。

字符設備沒有緩衝區，以字節為單位順序處理數據，不支持隨機讀寫。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、手寫板等。

塊設備是指在輸入輸出時數據處理以塊為單位的設備，一般都採用緩衝技術，支持數據的隨機讀寫。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。對用户來説，塊設備和字符設備的訪問接口都是一組基於文件的系統調用，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。內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號、次設備號的參數作為唯一的標識。主設備號標識設備對應的驅動程序；次設備號用來區分具體驅動程序的實例。主設備號的獲取可以通過動態分配或指定的方式。在嵌入式系統中外設較少，一般採用指定的方式。

驅動程序安裝的一般順序：主板芯片組（Chipset）→顯卡（VGA）→聲卡（Audio）→網卡（LAN）→無線網卡（Wireless LAN）→紅外線（IR）→觸控板（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上網適配器等等）。不按順序安裝很有可能導致某些軟件安裝失敗。

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，這樣才能儘量確保操作系統和驅動程序的無縫結合。

第二步，安裝主板驅動。主板驅動主要用來開啓主板芯片組內置功能及特性，主板驅動裏一般是主板識別和管理硬盤的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。這裏一般推薦安裝最新版，DirectX的最新版本是DirectX 9.0C。可能有些用户會認為：“我的顯卡並不支持DirectX 9，沒有必要安裝DirectX 9.0C”，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Direct 3D（負責3D加速），所以説Direct3D只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，並對這些設備的識別與驅動上更加細緻，充分發揮設備的最佳狀態和全部功能；網絡部分（DirectPlay）——增強計算機的網絡連接，提供更多的連接方式。只不過是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的意義並不僅是在顯示部分了。當然，有兼容性問題時另當別論。

第四步，這時再安裝顯卡、聲卡、網卡、調制解調器等插在主板上的板卡類驅動。

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、鍵盤和鼠標等設備也是有專門的驅動程序，特別是一些品牌比較好的產品。雖然不用安裝它們也可以被系統正確識別並使用，但是安裝上這些驅動程序後，能增加一些額外的功能並提高穩定性和性能。

Windows怎樣知道安裝的是什麼設備，以及要拷貝哪些文件呢？答案在於一張inf文件。

以.inf為後置名的文件是從Windows 95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説明要安裝的設備類型、生產廠商、型號、要拷貝的文件、拷貝到的目標路徑，以及要添加到註冊表中的信息。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於Windows 9x下的驅動程序都帶有安裝信息文件。事實上，inf文件不僅可用於安裝驅動程序，還能用來安裝與硬件並沒有什麼關係的軟件，例如Windows 98支持“Windows更新”功能，更新時下載的系統部件就是利用inf文件來説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“Windows\Inf”或“Windows\Inf\Other”目錄下，以備將來使用。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。

Windows 9x專門提供有“添加新硬件嚮導”（以下簡稱硬件嚮導）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嚮導在哪兒可以找到與硬件型號相匹配的.inf文件，剩下的絕大部分安裝工作都將由硬件安裝嚮導自己完成。

給硬件設備安裝驅動程序對Windows 9x用户來説並不是一件陌生事，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確，系統中某些硬件就可能無法正常使用。雖然Windows 9x支持即插即用，能夠為用户減輕不少工作，但由於PC機的設備有非常多的品牌和型號，加上各種新產品不斷問世，Windows不可能自動識別出所有設備，因此在安裝很多設備時都需要人工干預。