轉載註明 >> 【作者：張佩】【鏡像：http://www.yiiyee.cn/Blog/pnp/】
這一節講述一般設備的PNP和電源特性。
PNP特性
PNP是Plug And Play的簡稱，代表和外部設備插拔有關事件的處理。PNP是現代操作系統必須支持的基本特性，其目的是希望操作系統能夠在軟硬件支援下，在基本無需用戶干預的情況下，即可很好地處理外部設備的接入和移除操作；當設備配置發生動態變更時，系統也能悄沒生息地處理好，並一切正常地使用它們。
有些筆記本是當成工作站來用的，這樣就需要很多外部接口。但一般的筆記本，侷限於物理空間，不能夠提供過多的外部接口，會使用接口塢來擴展（見左圖例）。大的接口塢上通常有十幾、數十個擴展接口，來滿足工作站的接口要求。其實，一些移動設備，如手機、平板電腦，也使用接口塢的方式實現擴展，不過接口少一些。接口塢接入主機的時候，系統如果有PNP支援，就能夠直接使用上面的接口了，不用重啓系統，一般也不用手動安裝設備驅動。
PNP特性，需要操作系統、驅動程序和硬件的三方支持。缺了某一方都不能實現。比如PCI設備，雖然可以在PCI驅動程序中實現某種程度的PNP支持，但因爲設備本身的電氣化特性，是不支持PNP的，所以我們仍不能熱插拔PCI設備。另外一種情況是，如果設備驅動寫得不好，未能正確地處理PNP請求，那麼即使設備本身是支持熱插拔的，也會有問題。比如現在很多定製的USB設備，如加密U盤、網銀密碼器等，如果驅動寫的不好，用戶往往會在插拔設備的時候遭遇藍屏。
概括地講，爲了很好地支援PNP特性，需要做到下面幾點：
- 運行時識別設備。不僅在系統初始化的時候，能識別並正確配置設備。在系統正常運行的過程中，如果有設備動態接入，也能夠正確識別並配置設備；如果設備動態移除，也能夠正確響應並回收系統資源。
- 系統還需要爲設備動態加載設備驅動程序。設備的驅動信息保存在註冊表中，系統從註冊表中查找設備的驅動信息。如果註冊表中找不到相關記錄，系統會嘗試自動爲設備安裝驅動，否則就通過UI界面，要求用戶手動安裝驅動。
- 動態識別並配置設備。操作系統可以動態配置外部設備，而不應假設只有某些設備會接入系統，併爲它們靜態分配或保留系統資源。不能因爲新設備的動態接入而令系統陷入錯誤狀態，比如系統停止響應，系統崩潰等。操作系統要有爲設備動態分配系統資源的能力，這些系統資源包括：IO地址空間、物理內存映射、中斷、DMA等。設備驅動再根據它所動態獲取的資源來配置設備。比如一個支持硬件中斷的設備，它每次從系統處獲得的中斷號，都可能不同。那麼設備和驅動程序，就不能假定設備的中斷號是一個固定的值。
- PNP接口。操作系統中有一個PNP管理器模塊，包含用戶和內核兩個子模塊，所以它能夠對用戶程序和內核驅動分別提供PNP支持。它們和設備驅動、用戶程序之間，有一個定義良好的接口。這個接口用來互相通知PNP事件。簡略地講，它包含三個方面：
- 1. 當PNP管理器檢測到PNP事件的時候，能夠把這些事件通知給設備驅動。包括設備接入、移除、異常移除等。
- 2. 當設備驅動需要向系統報告子設備的時候，能把這個信息通知給系統。當用戶程序想動態移除指定設備的時候，也可能通過UI程序實現，這些UI程序實際上是調用了系統提供的PNP接口來實現的。比如我們在移除U盤設備的時候，一般不會直接拔除，而是先通過托盤欄中的彈出設備程序移除設備，以免破壞數據。
- 3. 驅動或用戶程序，還可以通過註冊通知函數，來接收PNP通知。比如內核驅動可以通過調用IoRegisterPlugPlayNotification函數註冊一個通知函數，當感興趣的目標發生PNP事件時，PNP管理器就會調用它的通知函數，並通過參數告知它PNP事件的詳細信息。用戶程序也可以通過WM_DEVICECHANGE消息來接收設備PNP的通知。
- 這套接口，主要由PNP管理器所提供的若干接口函數，若干類型爲IRP_MJ_PNP的IRP包，及驅動程序所提供的AddDevice回調來實現。
電源特性
電源操作的目的是類似的，也是爲了能夠在用戶儘量少介入的情況下，就能夠正確地配置和使用外部設備。現代計算機和操作系統，都實現了多個級別的系統和設備電源狀態。系統和設備可以在這些電源狀態之間進行切換，並達到正常情況下全力供電，空閒情況下儘量省電的目的。
系統的電源狀態用S0-S5來標識。S0是正常狀態，S1-S3是休眠狀態，但休眠的深度有差別，S4是睡眠狀態，S5是軟關機狀態（Soft Off，不完全等同於斷電）。除了S0和S5這兩個必須支持的狀態外，系統還支持哪些電源狀態，是由系統BIOS決定的。一般來講，計算機系統都會支持S3和S4這兩個狀態。否則除了開機就是關機，電腦用起來會很麻煩。
設備的電源狀態用D0-D3來標識。D0是正常狀態，D1-D2是休眠狀態，但深度有差別，D3是斷電狀態。其中D3還分Hot和Cold兩種子狀態。
在D3Hot狀態下，設備的功能已喪失但仍有外部或總線供電，使得設備本身還能被系統檢測到。和設備相連的控制器設備認爲此設備還連接着，只要控制器上有設備連接着，控制器就要處於工作狀態。但在D3Cold狀態下，系統已檢測不到設備，這可能是由於設備的已經斷電了，或者系統本身已經處於休眠狀態而導致的。和設備連接的控制器，已經不認爲設備和自己連着，在其它條件滿足的情況下，控制器可以進入完全的休眠狀態。
設備電源狀態，需要由設備本身和設備驅動一起來實現。有些設備只支持正常和斷電兩種狀態（即D0和D3），而沒有休眠的功能。那麼設備驅動只需要處理D0和D3兩種狀態即可。有些設備則提供了休眠功能（即可進入D1或D2狀態），驅動程序在這種情況下，仍然可以決定支持或不支持設備的休眠狀態。在支持的情況下，當設備進入休眠狀態時，驅動程序負責關閉部分硬件模塊，讓其它模塊繼續工作。
系統中有一個電源管理器模塊，它負責系統範圍內的電源策略。當系統的電源狀態發生變化時，它負責把要進行的電源操作及電源狀態，通知給每個設備棧，讓它們來處理電源變化。設備驅動需正確地處理電源事件，有很多系統藍屏就發生在驅動程序處理電源事件的過程中。
物理設備的功能設備驅動，一般就是這個物理設備的電源策略制定者，功能設備驅動在設備初始化的時候，會把設備電源狀態映射到系統電源狀態，並把這個映射彙報給電源管理器。這樣電源管理器就可以根據系統電源狀態，發送相應的設備電源狀態給設備驅動。這個映射體現在設備管理器程序中的設備屬性界面中，我們可以通過它來觀察不同設備的電源狀態映射。下圖就是一個例子：
