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标题:WINCE下的USB驱动开发

1楼
wangxinxin 发表于:2010-11-26 10:53:36

首先USB加载式流接口驱动要点分析

为了支持不同类型的外围设备,WinCE平台提供了具有定制接口的流接口驱动程序模型。因为大部分USB外围设备由于功能性更适合流接口驱动的结构,所以一般都采用加载式流接口驱动程序模型来开发USB设备驱动程序。

(1)USB系统结构分析
WinCE下USB系统软件由两层组成:较高USB设备驱动程序层和较低的USB函数层。较低的USB函数层本身又由两部分组成:较高的通用串行总线驱动程序(USBD)模块和较低的主控制器驱动程序(HCD)模块。通过HCD模块功能和USBD模块实现高层的USBD接口函数,USB设备驱动程序就能与外围设备进行通讯。

在数据传输的过程中,操作流程通常按下列的次序进行:①USB设备驱动程序进行数据传输的初始化,即通过USBD接口函数给USBD模块发送数据传输的请求。②USBD模块将该请求分成一些单独的事务。③HCD模块排出事务次序。④主控制器硬件执行事务。这里需要提醒的是,所有的事务都是从主机发出的,外围设备完全是被动接受型的。

(2)USB设备驱动程序入口点函数
从结构分析我们可知,所有的USB设备驱动程序必须在它们的DLL库设置一定的入口点与USBD模块进行适当的交互。设置入口点函数有两个作用:一是使得 USBD 模块能与外部设备交互;二是使得驱动程序能创建和管理任何可能需要的注册键。

下面简要介绍相关函数的作用:USBDeviceAttach是当 USB 设备连接到主计算机时运行,USBD模块会调用这个函数初始化USB设备,取得USB设备信息和配置USB设备,并且申请必需的资源。 USBInstallDrive是在第一次加载USB设备驱动程序时首先被调用,它使得驱动程序能创建需要的注册键,用于将一个驱动程序所需的注册表信息写入到HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\USB\ClientDrivers目录下,例如设备名称等。需要注意的是,USB设备驱动程序不使用标准的注册表函数,而是使用RegisterClientDriverID()、RegisterClientSettings()函数来注册相应的设备信息。

USBUninstallDriver是在用户删除USB设备驱动程序时调用,负责删除注册键并释放其它相关资源。它通过调用 UnRegisterClientSettings()和UnRegisterClientDriverID()函数来删除由驱动程序的 USBInstallDriver()函数创建的所有注册键。因此,我们在驱动程序中就需要严格按照这三个函数的原型来实现,否则就不能为设备管理器所识别。

3.USB设备流接口驱动的实现步骤

从WinCE USB设备驱动模型及结构分析中,我们可以清晰的看到主机和外设之间的实现方式。在主机端,通过USBD模块和HCD模块使用默认的PIPE访问一个通用的逻辑设备,实际上就是说USBD和HCD是一组访问所有USB设备的逻辑接口,它们负责管理所有USB设备的连接、加载、移除、数据传输和通用配置。其中HCD是主机控制驱动,是为USBD提供底层的功能访问服务,USBD是USB总线驱动,位于HCD的上层,利用HCD的服务提供较高层次的功能。因此,实现USB加载流驱动程序大致需要完成以下步骤:

(1)选择代表设备的文件名前缀。前缀非常重要,设备管理器在注册表中通过前缀来识别设备。同时,在流接口命名时也将这个前缀作为入口点函数的前缀,如果设备前缀为XXX,那么流接口对应为XXX_Close,XXX_Init等。

(2)设置驱动的各个入口点函数。所谓入口点是指提供给设备管理器的标准文件I/O接口。在生成一个DLL后,就用设备文件名前缀替换名字中的XXX。因此,每个加载式流接口驱动程序必须实现XXX_Init()、XXX_IOControl()以及XXX_PowerUp()等一组标准的函数,用来完成标准的文件I/O函数和电源管理等。

(3)建立.DEF文件。当设备管理器初始化USB设备编译出来的流接口函数后,还必须建立一个.def文件。DEF文件定义了DLL要导出的接口集,而且加载式流驱动大多是以DLL形式存在的,所以应将DLL和DEF的文件名统一起来。DEF文件告诉链接程序需要输出什么样的函数,最后将驱动程序编译到内核中去,这样这个USB设备流接口驱动程序就可以被应用程序调用。

(4)在注册表中为驱动程序建立表项。在注册表中建立驱动程序入口点,这样设备管理器才能识别和管理这个驱动。此外,注册表中还能存储额外的信息,这些信息可以在驱动运行之后被使用到。

在这次USB驱动开发过程中,错走许多冤枉路使我叫苦连天。我感受最深的是由于WinCE提供了通用串行总线驱动程序(USBD)模块、USBD接口函数全集、样本主机控制器驱动程序(HCD)模块。所以,我们只需要根据USB设备硬件特性,利用USBD提供的不同函数,实现流接口函数与外围设备的交互。在没有特别的情况下,我最大的收获经验是把这些公用的源程序照搬过来,能极大的缩短开发周期,从而能更快速地进行嵌入式开发。

随着USB设备的普及,摆在开发人员面前的驱动开发任务也是越来越繁重了,特别是对于一些嵌入式开发厂商来讲,由于设备所采用的操作系统不同,相应的硬件接口也是不一样的,开发相关的USB 驱动程序更是难上加难。Windows CE.NET 是微软推出的功能强大的嵌入式操作系统,国内采用此操作系统的厂商已经很多了,本文就以windows ce.net为例,简单介绍一下如何开发windows ce.net下的USB驱动程序。

首先要熟悉一些USB的基本概念,当然最好把USB 1.1的协议看一遍,(当然现在2。0的协议都已经有了)http://www.usb.org
上可以下载,我记得好像有个中文版的,翻译的还可以,http://www.driverdevolep.com
上有的,具体位置记不太清楚了,中文版的协议可以快速翻一边,了解一些基本的概念,但是设计到一些关键性的东西最好还是看英文版的心里比较清楚些。

这里我就不介绍USB的基本协议了,假设用户已经熟悉了USB设备的一些基本的概念,并且对Winows CE.NET的开发有一定的了解。

下面简略介绍一下Windows CE.NET中USB设备驱动开发的一些基础知识。

Windows CE.NET 的USB系统软件分为两层: USB Client设备驱动程序和底层的Windows CE实现的函数层。USB设备驱动程序主要负责利用系统提供的底层接口配置设备,和设备进行通讯。底层的函数提本身又由两部分组成,通用串行总线驱动程序(USBD)模块和较低的主控制器驱动程序(HCD)模块。HCD负责最最底层的处理,USBD模块实现较高的USBD函数接口。USB设备驱动主要利用 USBD接口函数和他们的外围设备打交道。

USB设备驱动程序主要和USBD打交道,所以我们必须详细的了解USBD提供的函数。

主要的传输函数有:
AbourtTransfer   IssueControlTransfer
CloseTransfer    IssueInterrupTransfer
GetIsochResult   IssueIsochTransfer
GetTransferStatus  IstransferComplete
IssueBulkTransfer  IssueVendorTransfer

主要的用于打开和关闭USBD和USB设备之间的通信通道的函数有:
AbortPipeTransfers  ClosePipe
IsDefaultPipeHalted  IsPipeHalted
OpenPipe       ResetDefaultPipe
ResetPipe

相应的打包函数接口有:
GetFrameLength   GetFrameNumber   ReleaseFrameLengthControl
SetFrameLength   TakeFrameLengthControl

取得设置设备配置函数:
ClearFeature   SetDescriptor
GetDescriptor  SetFeature
GetInterface   SetInterface
GetStatus    SyncFrame

与USB进行交互的实现方法相关的多任务函数:
FindInterface         RegisterClientDeviceId
GetDeviceInfo         RegisterClientSettings
GetUSBDVersion         RegisterNotificationRoutine
LoadGenericInterfaceDriver   TranslateStringDescr
OpenClientRegisterKey     UnRegisterNotificationRoutine
常见的Windows CE.NET下USB的设备驱动程序的编写有以下几种方法:

● 流式接口函数
这种驱动程序主要呈现流式函数接口,主要输出XXX_Init,XXX_Deinit,XXX_Open,XXX_Close,XXX_Open,XXX_Close,XXX_Read,XXX_Write,
XXX_Seek, XXX_IOControl,XXX_PowerUp,XXX_PowerDown等流式接口,注意上述的几个接口一定都要输出,另外XXX必须为三个字符,否则会出错。但是此类的驱动程序不是通过设备管理接口来加载的,所以必须手工的调用RegisterDevice()和 DeregisterDevice()函数来加载和卸载驱动程序。用户可以将此类的设备作为标准的文件来操作,只要调用相应的文件操作就可以和驱动程序打交道。

● 使用现有的Window CE.NET的应用程序接口
此类设备主要是利用Windows CE.NET中已经有了现成的函数接口,例如USB Mass Storage Disk,它主要利用现有的Windows CE.Net中已经有的可安装文件系统接口,呈现给系统可用的文件系统,对于用户来讲,它是透明的,用户仅仅感觉在操作一个文件夹。

● 创建指定到特定的USBD的用户指定的API
这种方法在USBD呈现设备时不需要任何限制,主要是特制的提供API给用户,一般不太常见。


USB设备驱动程序必须输出的函数有:
● USBDeviecAttach
当USB设备连接到计算机上时,USBD模块就会调用此函数,这个函数主要用于初始化USB设备,取得USB设备信息,配置USB设备,并且申请必需的资源。
● USBInstallDriver
主要用于创建一个驱动程序加载所需的注册表信息,例如读写超时,设备名称等。
● USBUninstallDriver
主要用于释放驱动程序所占用的资源,以及删除USBInstallDriver函数创建的注册表等。
上述的三个函数接口是所有的USB驱动程序必须提供的,缺一不可。
另外比较重要的是USB设备驱动程序的注册表配置,一般的USB设备驱动程序的注册表配置在HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\USB \LoadClients下,每个驱动程序的子键都有Group1_ID\Group2_ID\Group3_ID\DriverName格式,如果注册表信息与USB设备信息符合,USBD就会加载此驱动程序。否则设备的子键应该由供应商,设备类和协议信息通过下划线组成。
具体的配置举个例子:
例如你有个PDA设备,它具有一个USB接口,它的供应厂商ID假设为0x0888,设备ID为0x0999,没有使用特殊的协议,那么它的加载注册表应该写为:
[HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\USB\LoadClients\2184_2457\Default\Default\PDA] "DLL"="pdausb.dll"
需要注意的是注册表构成都是十进制数值来标识的,注意一下十进制和十六进制的转换。
再举个USB鼠标的例子,USB鼠标是标准的HID设备,它的协议为:InterfaceClassCode为3(HID类), InterfaceSubclassCode为1(引导接口类),InterfaceProtocolCode为2(鼠标协议类),所以它的注册如下:
[HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\USB\LoadClients\Default\Default\3_1_2\USBMouse] "DLL"="usbmouse.dll"

到此为止,我们可以看出,其实驱动开发无非做两件事情,一件是和硬件打交道,另外一件是和操作系统打交道。举个简单的例子,例如:我们需要开发一个USB鼠标驱动程序,我们就需要了解USB鼠标硬件上是怎么发送数据的?操作系统怎么才能得到鼠标的控制事件?其实USB鼠标是有一个中断PIPE的,用于传送鼠标产生的数据,Windwos CE.NET中有个接口函数叫做mouse_event(),专门用于产生鼠标事件,但是它是不关心具体什么硬件的,甚至我们自己在应用程序中调用这个函数都可以实现模拟鼠标,对应的有个keybd_event(),用于产生键盘事件,知道了这个就好办多了,只要将相应的数据转换一下,调用一下 mouse_event()即可

例如我们有个USB Mouse设备,设备信息描述如下:
Device Descriptor:
bcdUSB: 0x0100
bDeviceClass: 0x00
bDeviceSubClass: 0x00
bDeviceProtocol: 0x00
bMaxPacketSize0: 0x08 (8)
idVendor: 0x05E3 (Genesys Logic Inc.)
idProduct: 0x0001
bcdDevice: 0x0101
iManufacturer: 0x00
iProduct: 0x01
iSerialNumber: 0x00
bNumConfigurations: 0x01

ConnectionStatus: DeviceConnected
Current Config Value: 0x01
Device Bus Speed: Low
Device Address: 0x02
Open Pipes: 1

Endpoint Descriptor:
bEndpointAddress: 0x81
Transfer Type: Interrupt
wMaxPacketSize: 0x0003 (3)
bInterval: 0x0A

可以看出上述设备有一个中断PIPE,包的最大值为3。可能有人问上述的值怎么得到的,win2k 的DDK中有个usbview的例程,编译一下,将你的USB设备插到PC机的USB口中,运行usbview.exe即可看得相应的设备信息。

有了这些基本信息,就可以编写USB设备了,首先声明一下,下面的代码取自微软的USB鼠标样本程序,版权归微软所有,此处仅仅借用来描述一下USB鼠标驱动的开发过程,读者如需要引用此代码,需要得到微软的同意。

首先,必须输出USBD要求调用的三个函数,首先到设备插入到USB端口时,USBD会调用USBDeviceAttach()函数,相应的代码如下:
extern "C" BOOL
USBDeviceAttach(
USB_HANDLE hDevice, // USB设备句柄
LPCUSB_FUNCS lpUsbFuncs, // USBDI的函数集合
LPCUSB_INTERFACE lpInterface, // 设备接口描述信息
LPCWSTR szUniqueDriverId, // 设备ID描述字符串。
LPBOOL fAcceptControl, // 返回TRUE,标识我们可以控制此设备, 反之表示不能控制
DWORD dwUnused)
{
*fAcceptControl = FALSE;
// 我们的鼠标设备有特定的描述信息,要检测是否是我们的设备。
if (lpInterface == NULL)
return FALSE;
// 打印相关的USB设备接口描述信息。
DEBUGMSG(ZONE_INIT,(TEXT("USBMouse: DeviceAttach, IF %u, #EP:%u, Class:%u, Sub:%u,Prot:%u\r\n"), lpInterface->Descriptor.bInterfaceNumber,lpInterface->Descriptor.bNumEndpoints, lpInterface->Descriptor.bInterfaceClass,lpInterface->Descriptor.bInterfaceSubClass,lpInterface->Descriptor.bInterfaceProtocol));
// 初试数据USB鼠标类,产生一个接受USB鼠标数据的线程
CMouse * pMouse = new CMouse(hDevice, lpUsbFuncs, lpInterface);
if (pMouse == NULL)
return FALSE;

if (!pMouse->Initialize())
{
delete pMouse;
return FALSE;
}

// 注册一个监控USB设备事件的回调函数,用于监控USB设备是否已经拔掉。
(*lpUsbFuncs->lpRegisterNotificationRoutine)(hDevice,
USBDeviceNotifications, pMouse);

*fAcceptControl = TRUE;
return TRUE;
}

第二个函数是 USBInstallDriver()函数,
一些基本定义如下:
const WCHAR gcszRegisterClientDriverId[] = L"RegisterClientDriverID";
const WCHAR gcszRegisterClientSettings[] = L"RegisterClientSettings";
const WCHAR gcszUnRegisterClientDriverId[] = L"UnRegisterClientDriverID";
const WCHAR gcszUnRegisterClientSettings[] = L"UnRegisterClientSettings";
const WCHAR gcszMouseDriverId[] = L"Generic_Sample_Mouse_Driver";

函数接口如下:
extern "C" BOOL
USBInstallDriver(
LPCWSTR szDriverLibFile) // @parm [IN] - Contains client driver DLL name
{
BOOL fRet = FALSE;
HINSTANCE hInst = LoadLibrary(L"USBD.DLL");

// 注册USB设备信息
if(hInst)
{
LPREGISTER_CLIENT_DRIVER_ID pRegisterId = (LPREGISTER_CLIENT_DRIVER_ID)
GetProcAddress(hInst, gcszRegisterClientDriverId);

LPREGISTER_CLIENT_SETTINGS pRegisterSettings =
(LPREGISTER_CLIENT_SETTINGS) GetProcAddress(hInst,
gcszRegisterClientSettings);

if(pRegisterId && pRegisterSettings)
{
USB_DRIVER_SETTINGS DriverSettings;

DriverSettings.dwCount = sizeof(DriverSettings);

// 设置我们的特定的信息。
DriverSettings.dwVendorId = USB_NO_INFO;
DriverSettings.dwProductId = USB_NO_INFO;
DriverSettings.dwReleaseNumber = USB_NO_INFO;

DriverSettings.dwDeviceClass = USB_NO_INFO;
DriverSettings.dwDeviceSubClass = USB_NO_INFO;
DriverSettings.dwDeviceProtocol = USB_NO_INFO;

DriverSettings.dwInterfaceClass = 0x03; // HID
DriverSettings.dwInterfaceSubClass = 0x01; // boot device
DriverSettings.dwInterfaceProtocol = 0x02; // mouse

fRet = (*pRegisterId)(gcszMouseDriverId);

if(fRet)
{

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