Treiberentwicklung

64-bit Plattformen

Obwohl die Implementierung vieler moderner Treiber generell unabhängig von der Prozessorwortbreite ist, kommt es an konkreten Codestellen oft zu Inkompatibilitäten aufgrund von Unterschieden bei Datenstrukturen und Zeigerlängen. Wir beraten Sie gerne, um diese Herausforderungen zu bewältigen und plattformunabhängigen Code zu erstellen.

Die Wahl der Treiber-Variante hängt vom Einsatzzweck eines Treibers und den damit zusammenhängenden erforderlichen Zugriffsrechten auf die Hardware ab. Wir schreiben Ihnen den Treiber, den Sie benötigen.

KMDF-Treiber

Kernel-Mode Driver Framework (KMDF) Treiber laufen im Kontext des Kernels, verfügen über dessen Zugriffsrechte und sind daher ein kritischer Teil des Betriebssystems.

Durch fehlerhaften Code ausgelöste Laufzeitfehler können das gesamte System kompromittieren, das macht die Entwicklung von KMDF Treibern so heikel.

Im Vergleich zu klassischen WDM-Treibern übernimmt KMDF viele komplexe Aufgaben, darunter PnP-Handling, Power-Management und Synchronisation. Dadurch reduziert sich der Entwicklungsaufwand erheblich, und Treiber werden robuster gegen Fehler.

Ein KMDF-Treiber ist notwendig bzw sogar unvermeidbar, wenn

1. Direkter Zugriff auf Kernelmodusschnittstellen oder Hardware erforderlich ist
   • Wenn ein Gerät keinen standardisierten Treiberstack hat oder spezielle hardwareseitige Funktionen genutzt werden müssen. Beispiel: Eigenentwickelte PCIe-Karten, spezialisierte Sensoren oder FPGA-basierte Lösungen.

• • Leistungskritische Anforderungen bestehen Geringe Latenz oder hoher Datendurchsatz wird benötigt, z. B. in Echtzeitanwendungen oder Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungssystemen. Beispiel: High-Performance-Netzwerkkarten, industrielle Steuerungen.
  • Zugriff auf Speicher oder Interrupts notwendig ist Direkter Zugriff auf Speicherbereiche oder Interrupt-Handling ist nur im Kernelmodus möglich. Beispiel: DMA-basierte Hardware oder Geräte mit speziellen IRQ-Anforderungen.
  • Ein Treiber ohne existierenden Bus-Treiber geschrieben werden muss Falls das Gerät nicht an einem standardisierten Bus (USB, PCI, etc.) hängt und ein eigenständiger Treiber erforderlich ist. Beispiel: Virtuelle Geräte oder proprietäre Kommunikationsschnittstellen.
  • Systemnahe Funktionen umgesetzt werden müssen Wenn der Treiber früh im Bootprozess geladen werden muss, z. B. für Verschlüsselung, spezielle Speicherverwaltung oder Sicherheitssoftware. Beispiel: Bootloader-Verschlüsselung oder kernelbasierte Monitoring-Tools.

Wenn keine dieser Bedingungen zutrifft, kann oft ein UMDF-Treiber oder sogar ein reines Benutzermodus-Programm ausreichen.

UMDF-Treiber

User-Mode Driver Framework (UMDF) Treiber hingegen laufen nicht im Kernelspace und haben daher nur eingeschränkten Zugriff auf die Hardware ähnlich den Rechten einer normalen Applikation. Dafür beschränkt sich die Zertifizierung auf eine Signierung durch den Hersteller, also uns, was keinen besonderen Aufwand verursacht.

Windows Driver Framework (WDF)

Bei älterem Code ist es oft ratsam, den Treiber mit dem aktuellen Windows Driver Framework (WDF) neu zu gestalten. Die vom alten Treiber verwendeten Frameworks werden zwar aus Kompatibilitätsgründen nach wie vor auch mit modernen Windows-Versionen ausgeliefert, sollten jedoch aufgrund ihrer veralteten System-Schnittstellen und Methodik nicht mehr verwendet werden. Auch Sicherheitsaspekte spielen hier eine wichtige Rolle. Das Windows Driver Framework (WDF) ist eine Sammlung von Bibliotheken und Tools, die Microsoft bereitstellt, um die Entwicklung von Windows-Treibern zu vereinfachen und zu standardisieren. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten:

1. Kernel-Mode Driver Framework (KMDF)
   • Für Treiber, die im Kernelmodus laufen.
   • Reduziert den Entwicklungsaufwand durch Abstraktion von PnP-Handling, Power-Management und Synchronisation.
   • Muss unter Windows 10 (ab Version 1607) von Microsoft signiert werden, um geladen zu werden.
2. User-Mode Driver Framework (UMDF)
   • Für Treiber, die im Benutzermodus ausgeführt werden (z. B. für USB-Geräte, die keine direkten Hardwarezugriffe erfordern).
   • Reduziert Systemabstürze, da Fehler nicht den gesamten Kernel beeinträchtigen.
   • Muss nicht zwingend signiert sein, aber Microsoft empfiehlt die Signierung für bessere Sicherheit.

Windows Treiber Signierung

telos TI PCI 2040 PCI DSP Bridge

Unter Windows müssen verschiedene Treiberarten digital signiert sein, um installiert und ausgeführt werden zu können.

telos hat die dafür notwendigen Zertifikate und Prozesse etabliert.

Die spezifischen Anforderungen hängen von der Windows-Version und der Art des Treibers ab:

1. Kernelmodustreiber:
   • Seit Windows Vista (64-Bit-Versionen) müssen alle Kernelmodustreiber digital signiert sein.
   • Ab Windows 10, Version 1607, ist zusätzlich eine Signierung durch das Windows Hardware Dev Center erforderlich, wofür ein Extended Validation (EV)-Code-Signing-Zertifikat notwendig ist. Es muss jeweils ein komplexes Zertifizierungs- und Signierungsverfahren von Microsoft durchlaufen werden, bei dem wir Sie gerne unterstützen oder es sogar auf Wunsch für Sie durchführen.
2. Benutzermodustreiber:
   • Diese Treiber werden im Benutzermodus ausgeführt und unterliegen weniger strengen Signaturanforderungen. Dennoch empfiehlt Microsoft, auch diese Treiber digital zu signieren, um die Integrität und Authentizität sicherzustellen.
3. Plug & Play (PnP)-Treiber:
   • Für die Installation von PnP-Gerätetreibern ist eine gültige Signatur der Katalogdatei des Treiberpakets erforderlich. Dies kann entweder durch eine WHQL-Releasesignatur

Linux

Die Treiberentwicklung für Linux spielt eine entscheidende Rolle in der Funktionsweise des Betriebssystems, da sie die Kommunikation zwischen der Hardware und dem Linux-Kernel ermöglicht.

Treiber sind spezialisierte Softwarekomponenten, die dafür sorgen, dass Geräte wie Netzwerkkarten, Festplatten oder Grafikkarten korrekt funktionieren und vom Betriebssystem erkannt werden. Die Entwicklung von Linux-Treibern erfordert ein tiefes Verständnis des Linux-Kernels und der spezifischen Hardware, für die der Treiber geschrieben wird.

Entwickler nutzen dabei Programmiersprachen wie C, um die erforderlichen Module zu erstellen, die in den Kernel integriert oder als Kernel-Module geladen werden können. Der Quellcode muss effizient und sicher sein, um Stabilität und Sicherheit des Systems zu gewährleisten.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Open-Source-Philosophie von Linux. Treiberentwickler sind oft Teil der Open-Source-Community, was bedeutet, dass sie ihre Arbeit mit anderen teilen, zur Verbesserung beitragen und von den Erfahrungen anderer profitieren.

Dies fördert eine kontinuierliche Verbesserung und Anpassung der Treiber, um neue Hardwaregenerationen und -funktionen zu unterstützen.

Wir haben die Darstellung unseres Leistungsprofils daher auf einer separaten Seite untergebracht, bitte gehen Sie zu Entwicklung von Windows Druckertreibern.