在 WDM 驱动程序中使用浮点数

上次更新时间

• 2016 年 7 月

使用浮点运算时，Windows 的内核模式 WDM 驱动程序必须遵循某些准则。 这些在 x86 和 x64 系统之间有所不同。 默认情况下，Windows 会关闭这两个系统的算术异常。

x86 系统

x86 系统的内核模式 WDM 驱动程序必须在调用 KeSaveExtendedProcessorState 和 KeRestoreExtendedProcessorState 之间包装浮点计算的使用。 浮点运算必须置于非内联子例程中，以确保在检查 KeSaveExtendedProcessorState 的返回值之前，不会执行浮点计算，因为编译器重新排序。

编译器使用 MMX/x87 也称为浮点单元， (FPU) 寄存器进行此类计算，用户模式应用程序可以同时使用这些计算。 在使用这些寄存器之前未能保存这些寄存器，或者在完成后无法还原它们，可能会导致应用程序中出现计算错误。

x86 系统的驱动程序可以调用 KeSaveExtendedProcessorState ，并在 IRQL <= DISPATCH_LEVEL 执行浮点计算。 x86 系统上 (的 ISR) 中断服务例程不支持浮点操作。

x64 系统

64 位编译器不对浮点运算使用 MMX/x87 寄存器。 而是使用 SSE 寄存器。 不允许 x64 内核模式代码访问 MMX/x87 寄存器。 编译器还负责正确保存和还原 SSE 状态，因此，不需要调用 KeSaveExtendedProcessorState 和 KeRestoreExtendedProcessorState ，并且可以在 ISR 中使用浮点操作。 使用其他扩展处理器功能（如 AVX）需要保存和还原扩展状态。 有关详细信息，请参阅 在 Windows 驱动程序中使用扩展处理器功能。

注意：通常，Arm64 与 AMD64 相似，无需先调用保存浮点状态。 但是，需要移植到内核上的 x86 的代码可能仍需要跨平台执行此操作。

示例

以下示例演示 WDM 驱动程序应如何包装其 FPU 访问：

__declspec(noinline)
VOID
DoFloatingPointCalculation(
    VOID
    )
{
    double Duration;
    LARGE_INTEGER Frequency;

    Duration = 1000000.0;
    DbgPrint("%I64x\n", *(LONGLONG*)&Duration);
    KeQueryPerformanceCounter(&Frequency);
    Duration /= (double)Frequency.QuadPart;
    DbgPrint("%I64x\n", *(LONGLONG*)&Duration);
}

NTSTATUS
DriverEntry(
    _In_ PDRIVER_OBJECT DriverObject,
    _In_ PUNICODE_STRING RegistryPath
    )
{

    XSTATE_SAVE SaveState;
    NTSTATUS Status;

    Status = KeSaveExtendedProcessorState(XSTATE_MASK_LEGACY, &SaveState);
    if (!NT_SUCCESS(Status)) {
        goto exit;
    }

    __try {
        DoFloatingPointCalculation();
    }
    __finally {
        KeRestoreExtendedProcessorState(&SaveState);
    }

exit:
    return Status;
}

在此示例中，对浮点变量的赋值发生在对 KeSaveExtendedProcessorState 和 KeRestoreExtendedProcessorState 的调用之间。 由于对浮点变量的任何赋值都使用 FPU，因此在初始化此类变量之前，驱动程序必须确保 KeSaveExtendedProcessorState 返回且没有错误。

上述调用在 x64 系统上是不必要的，在指定XSTATE_MASK_LEGACY标志时是无害的。 因此，在为 x64 系统编译驱动程序时，无需更改代码。

在基于 x86 的系统上，从 KeSaveExtendedProcessorState 返回时，通过调用 FNINIT 将 FPU 重置为其默认状态。