欢迎转载【作者：张佩】【原文：http://www.yiiyee.cn/Blog/wddm1/】
Windows显示驱动从Vista开始，使用新的WDDM编程框架，称为Windows Display Driver Model。也有一种最初的名称是LDDM，L代表Longhorn，但后来微软在所有产品线上都不再使用Longhorn代号，故而改成现在的名称。虽然在有些地方还能看到LDDM的说法，但应理解成旧文档的遗存，不应该做概念上的区分。
WDDM框架是一种典型的小端口（miniport）驱动框架。NT系统中的所有小端口框架，都是基于WDM框架来实现的，但小端口框架对外提供了更高级的接口，以简化编程的难度，并提高稳定性。如下图所示，中间的WDDM是系统提供的编程框架，我们基于这个框架，编写里面的小端口驱动，也就是显示驱动。
显示驱动类型
现在的显卡设备，可以按照功能将它分成显示和计算两类。大部分的显卡是用来连接显示器显示图片和动画用的，也有些显卡主要确实用来做科学计算用的。显卡处理器（GPU）对浮点运算有较强的能力，而主机处理器（CPU）处理浮点运算的能力较弱。而在科学计算领域，浮点运算是非常重要的内容，所以工业界就想到利用GPU进行科学运算。
应该说，所有的显卡都既能够支持显示，又能够支持运算。只是看它偏向哪个方面，为哪个功能做优化罢了。对于偏重计算的显卡，就不必配置多个显示接口，图像处理的模块就不用很高级；相反，对于图形功能偏重的显卡，它就必须要大数据带宽，大显存，支持多种类型的接口，能够实现锯齿优化等等。
针对我们的驱动来讲，如果一个显示驱动，既支持显卡的显示功能，又支持运算功能，称为全功能驱动（Complete function）；如果只支持显示，不支持运算，就是Display Only驱动；如果只支持运算，不支持显示功能，就是Render Only驱动。
微软在Win8的系统上，为所有不同类型的显卡，编写了Display Only和Render Only驱动。在未安装厂商驱动或者厂商驱动被破坏、禁用的情况下，系统会默认选择使用Display Only驱动来显示桌面内容。但一般系统不会选择安装Render Only驱动，那样就什么都看不到了。Render Only驱动的具体应用场景，我到目前还没有看到。可能在Render Only的数据服务器显卡上会被运用。
我的这份显示驱动初步教材，就是基于微软公开的Display Only驱动项目KMDOD来写的。不会涉及数据Render部分。其实可以很方便地把一个Display only的驱动拓展到Complete驱动，在讲完所有内容后，会有一小部分内容做介绍。
KMDOD项目可以从MSDN代码网站上下载到，地址：http://code.msdn.microsoft.com/Kernel-mode-display-only-49adea58
初始化
如果不更改编译配置，WDDM驱动的默认启动函数是DriverEntry。这是驱动对象初始化的地方，一般对于小端口驱动而言，它需要调用框架的初始化函数。WDDM框架的初始化函数是DxgkInitializeDisplayOnlyDriver。从内核编程好帮手WDK中，可以找到它的声明：
NTSTATUS DxgkInitializeDisplayOnlyDriver( _In_ PDRIVER_OBJECT DriverObject, _In_ PUNICODE_STRING RegistryPath, _In_ PKMDDOD_INITIALIZATION_DATA KmdDodInitializationData );
初始化函数会完成驱动对象的初始化，所以前面两个参数是入口函数的输入参数。在全文最后的实验章节中，会介绍如何查看驱动对象，就能够比较清晰地看到WDDM框架对显示驱动对象所进行的初始化作业了。此外，初始化函数还要完成显示驱动相关的初始化。显示驱动传入一个函数结构体参数，类型是KMDDOD_INITIALIZATION_DATA，结构体里面包含的是显示驱动向框架提供的一系列回调函数（Callback Function）。框架会在合适的时候调用这些回调函数，完成对应功能。
结构体定义如下：
KMDOD项目没有实现结构体中列举的所有回调函数，所以它不能支持WDDM提供的全部和Display相关的功能。比如D3D用户程序通过DC句柄和显示驱动进行交互的escape回调函数，这里就没有实现。对于没有实现的回调函数，在结构体中的对应函数指针应被初始化为NULL。
第一个参数Version用来标识你所编写的显示驱动使用哪个版本的WDDM。WDDM一共有四个版本：1.0（Vista & Vista SP1）；1.1（Win7）；1.2（Win8）；1.3（Win Blue）。KMDOD这个项目中使用的是Win8版本：DXGKDDI_INTERFACE_VERSION_WIN8。
为了完成结构体初始化，我们要首先实现这些函数。在具体列举实现代码之前，把这些回调函数做一个简单的分类和介绍是有必要的。
PNP和POWER函数
所有现代的物理设备都必须处理Pnp和Power事件。Pnp事件对应了设备插拔、开始、移除、停止等，以及作为总线设备需要提供的子设备（显示器）枚举等；Power事件对应上电、掉电操作，以及查询设备是否运行进行电源操作。
另外把卸载回调函数也归入其中。卸载函数在驱动被停止，没有任何外部模块引用的时候，系统会尝试将驱动卸载，这时候卸载回调被调用。
InitialData.DxgkDdiAddDevice = BddDdiAddDevice; InitialData.DxgkDdiStartDevice = BddDdiStartDevice; InitialData.DxgkDdiStopDevice = BddDdiStopDevice; InitialData.DxgkDdiStopDeviceAndReleasePostDisplayOwnership = BddDdiStopDeviceAndReleasePostDisplayOwnership; InitialData.DxgkDdiResetDevice = BddDdiResetDevice; InitialData.DxgkDdiRemoveDevice = BddDdiRemoveDevice; InitialData.DxgkDdiQueryChildRelations = BddDdiQueryChildRelations; InitialData.DxgkDdiQueryChildStatus = BddDdiQueryChildStatus; InitialData.DxgkDdiQueryDeviceDescriptor = BddDdiQueryDeviceDescriptor; InitialData.DxgkDdiSetPowerState = BddDdiSetPowerState; InitialData.DxgkDdiUnload = BddDdiUnload; InitialData.DxgkDdiQueryAdapterInfo = BddDdiQueryAdapterInfo;
显示函数
显卡驱动的主要功能是配置物理设备，让它能够输出图片和动画到外部显示设备上。和这个功能相关的函数有很多，它包括对鼠标位置的更新，显示器Mode的枚举和设置等函数：
InitialData.DxgkDdiSetPointerPosition = BddDdiSetPointerPosition; InitialData.DxgkDdiSetPointerShape = BddDdiSetPointerShape; InitialData.DxgkDdiIsSupportedVidPn = BddDdiIsSupportedVidPn; InitialData.DxgkDdiRecommendFunctionalVidPn = BddDdiRecommendFunctionalVidPn; InitialData.DxgkDdiEnumVidPnCofuncModality = BddDdiEnumVidPnCofuncModality; InitialData.DxgkDdiSetVidPnSourceVisibility = BddDdiSetVidPnSourceVisibility; InitialData.DxgkDdiCommitVidPn = BddDdiCommitVidPn; InitialData.DxgkDdiUpdateActiveVidPnPresentPath = BddDdiUpdateActiveVidPnPresentPath; InitialData.DxgkDdiRecommendMonitorModes = BddDdiRecommendMonitorModes;
硬件操作
最后是和物理设备交互的一些函数，首先是中断处理函数，然后有获取设备属性，读写设备帧内存、显示桌面内容（Present）等函数。
InitialData.DxgkDdiDpcRoutine = BddDdiDpcRoutine; InitialData.DxgkDdiInterruptRoutine = BddDdiInterruptRoutine; InitialData.DxgkDdiQueryVidPnHWCapability = BddDdiQueryVidPnHWCapability; InitialData.DxgkDdiPresentDisplayOnly = BddDdiPresentDisplayOnly; InitialData.DxgkDdiSystemDisplayEnable = BddDdiSystemDisplayEnable; InitialData.DxgkDdiSystemDisplayWrite = BddDdiSystemDisplayWrite;
功能函数
这部分是显示驱动作为一个驱动来讲，它所实现的一般意义上的功能支持函数。这部分我只列了一个，是用户程序和内核驱动交互用的IO控制函数。
InitialData.DxgkDdiDispatchIoRequest = BddDdiDispatchIoRequest;
完整的初始化函数：
extern "C"
NTSTATUS
DriverEntry(
_In_ DRIVER_OBJECT* pDriverObject,
_In_ UNICODE_STRING* pRegistryPath)
{
PAGED_CODE();
// Initialize DDI function pointers and dxgkrnl
KMDDOD_INITIALIZATION_DATA InitialData = {0};
InitialData.Version = DXGKDDI_INTERFACE_VERSION_WIN8;
InitialData.DxgkDdiAddDevice = BddDdiAddDevice;
//…… 其它的回调函数赋值过程，上面已全部列举，此处省略
NTSTATUS Status = DxgkInitializeDisplayOnlyDriver(pDriverObject, pRegistryPath, &InitialData);
if (!NT_SUCCESS(Status))
{
BDD_LOG_ERROR1("DxgkInitializeDisplayOnlyDriver failed with Status: 0x%I64x", Status);
}
return Status;
}
可选的扩展
初始化部分到此本来可以结束，继续讲下面的回调函数实现。但其实依然可以扩展一下，不熟悉WDM的读者可以跳过。针对所有的端口驱动框架都基于WDM来实现的这个事实，如果有的小端口驱动有必要想直接操作IRP的话，应该怎么实现呢？
其实非常简单。在DxgkInitializeDisplayOnlyDriver被调用过之后，驱动对象的初始化已经完成了。这时候我们可以对框架的分发函数进行Hook。
比如有一个很重要的功能，很多设备驱动都要做的。就是它希望自己能够得到系统关机的讯息。通过一般意义上的PNP和Power事件，是没有办法得到系统关机讯息的。办法是注册自己的IRP_MJ_SHUTDOWN分发函数来接收此讯息。
下面是简要的实现代码：
// 下面代码应在DxgkInitializeDisplayOnlyDriver被调用过后执行
pOldFunc = pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_SHUTDOWN]; // 保存框架有可能已实现的函数
pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_SHUTDOWN] = BddDdiShutdown;
// 此外还需要在StartDevice函数中调用IoRegisterShutdownNotificatin函数，本文不再继续演示
NTSTATUS BddDdiShutdown (PDEVICE_OBJECT pDev, PIRP irp)
{
// do something you wanted here
if (pOldFunc)
return pOldFunc (pDev, irp);
else
return STATUS_SUCCESS;
}
回调函数实现
KMDOD项目定义了一个显示驱动类，来封装和实际功能相关的所有具体操作。这样一来，大部分回调函数的实现都比较简单。这个类是BASIC_DISPLAY_DRIVER，我们在第二节会具体地讲它。
生命周期
WDDM框架在设计的时候，是能够支持多个底层物理设备的。换句话说，如果系统中存在多个显卡设备，WDDM框架都能够很好地支持它们同时或者分别工作。作为这个支持的一部分，在PNP操作的起始，也就是AddDevice回调函数被调用的时候，框架要求显示驱动返回一个当前物理设备的Context，作为识别此物理设备的标识。
那么KMDOD也是可以支持多个显卡设备的，所以为每个设备创建一个BASIC_DISPLAY_DRIVER对象，作为Context返回给框架。框架在以后调用任何一个回调函数时，都会把这个Context作为其中的一个输入参数来使用。
所以我们看，DriverEntry是驱动的开始，卸载函数是驱动的结束；AddDevice函数是设备工作的开始，RemoveDevice是设备结束工作的标识。我们可以用下面的框图来描述这个概念。
设备的Context作为一个标识物理显卡的变量，在设备的PNP周期里面一直运作着。当关机、设备禁用或者其他变故发生的时候，RemoveDevice回调被执行，显示驱动将负责删除它所创建的设备Context。
下面是AddDevice和RemoveDevice这两个回调函数的实现。
NTSTATUS
BddDdiAddDevice(
_In_ DEVICE_OBJECT* pPhysicalDeviceObject,
_Outptr_ PVOID* ppDeviceContext)
{
PAGED_CODE();
if ((pPhysicalDeviceObject == NULL) ||
(ppDeviceContext == NULL))
{
BDD_LOG_ERROR2("One of pPhysicalDeviceObject (0x%I64x), ppDeviceContext (0x%I64x) is NULL",
pPhysicalDeviceObject, ppDeviceContext);
return STATUS_INVALID_PARAMETER;
}
*ppDeviceContext = NULL;
BASIC_DISPLAY_DRIVER* pBDD = new(NonPagedPoolNx) BASIC_DISPLAY_DRIVER(pPhysicalDeviceObject);
if (pBDD == NULL)
{
BDD_LOG_LOW_RESOURCE0("pBDD failed to be allocated");
return STATUS_NO_MEMORY;
}
*ppDeviceContext = pBDD;
return STATUS_SUCCESS;
}
NTSTATUS
BddDdiRemoveDevice(
_In_ VOID* pDeviceContext)
{
PAGED_CODE();
BASIC_DISPLAY_DRIVER* pBDD = reinterpret_cast<BASIC_DISPLAY_DRIVER*>(pDeviceContext);
if (pBDD)
{
delete pBDD;
pBDD = NULL;
}
return STATUS_SUCCESS;
}
其它回调函数实现
其它回调函数的实现，这里仅仅以StartDevice为例讲解。函数原型定义如下：
NTSTATUS DxgkDdiStartDevice( _In_ const PVOID MiniportDeviceContext, _In_ PDXGK_START_INFO DxgkStartInfo, _In_ PDXGKRNL_INTERFACE DxgkInterface, _Out_ PULONG NumberOfVideoPresentSources, _Out_ PULONG NumberOfChildren )
第一个参数即设备Context，毫无疑问，它就是我们刚刚在AddDevice中创建的BASIC_DISPLAY_DRIVER对象。所以我们第一步需要获取对象指针，并且调用到BASIC_DISPLAY_DRIVER里面的startDevice函数中去。其实现如下：
NTSTATUS
BddDdiStartDevice(
_In_ VOID* pDeviceContext,
_In_ DXGK_START_INFO* pDxgkStartInfo,
_In_ DXGKRNL_INTERFACE* pDxgkInterface,
_Out_ ULONG* pNumberOfViews,
_Out_ ULONG* pNumberOfChildren)
{
PAGED_CODE();
BDD_ASSERT_CHK(pDeviceContext != NULL);
BASIC_DISPLAY_DRIVER* pBDD = reinterpret_cast<BASIC_DISPLAY_DRIVER*>(pDeviceContext);
return pBDD->StartDevice(pDxgkStartInfo, pDxgkInterface, pNumberOfViews, pNumberOfChildren);
}
其它的回调函数，实现方法和StartDevice很类似。唯一的区别是，如果StartDevice调用失败的话，也就是设备启动失败的话，道理上讲，很多后续的函数都不应该被调用，因为既然设备没有启动，就不应该有任何针对于它的动作存在。所以这些函数被调用的时候，很多都会先确认一下，设备是否处于启动状态（IsDriverActive），就是判断StartDevice是否执行成功。
版本历史：
V1.0：2013/7/23