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WINDOWS CE.NET的USB驱动程序开发

2013年09月12日 ⁄ 综合 ⁄ 共 12886字 ⁄ 字号 小 中 大 ⁄ 评论关闭
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，
上述讲了堆理论，可能读者脑袋都已经大了，为此，我们举个简单的例子来详细说明一下驱动程序的开发过程。
 
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)
{
fRet = (*pRegisterSettings)(szDriverLibFile,
gcszMouseDriverId, NULL, &DriverSettings);
 
if(!fRet)
{
//BUGBUG unregister the Client Driver's ID
}
}
}
else
{
RETAILMSG(1,(TEXT("!USBMouse: Error getting USBD function pointers/r/n")));
}
FreeLibrary(hInst);
}
return fRet;
}
上述代码主要用于产生USB设备驱动程序需要的注册表信息，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（）和RegisterClientSettings来注册相应的设备信息。
 
另外一个函数是USBUninstallDriver()函数，具体代码如下：
extern "C" BOOL
USBUnInstallDriver()
{
BOOL fRet = FALSE;
HINSTANCE hInst = LoadLibrary(L"USBD.DLL");
 
if(hInst)
{
LPUN_REGISTER_CLIENT_DRIVER_ID pUnRegisterId =
(LPUN_REGISTER_CLIENT_DRIVER_ID)
GetProcAddress(hInst, gcszUnRegisterClientDriverId);
 
LPUN_REGISTER_CLIENT_SETTINGS pUnRegisterSettings =
(LPUN_REGISTER_CLIENT_SETTINGS) GetProcAddress(hInst,
gcszUnRegisterClientSettings);
 
if(pUnRegisterSettings)
{
USB_DRIVER_SETTINGS DriverSettings;
 
DriverSettings.dwCount = sizeof(DriverSettings);
// 必须填入与注册时相同的信息。
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 = (*pUnRegisterSettings)(gcszMouseDriverId, NULL,
&DriverSettings);
}
 
if(pUnRegisterId)
{
BOOL fRetTemp = (*pUnRegisterId)(gcszMouseDriverId);
fRet = fRet ? fRetTemp : fRet;
}
FreeLibrary(hInst);
}
return fRet;
}
此函数主要用于删除USBInstallDriver()时创建的注册表信息，同样的它使用自己的函数接口UnRegisterClientDriverID（）和UnRegisterClientSettings（）来做相应的处理。
 
另外一个需要处理的注册的监控通知函数USBDeviceNotifications（）：
extern "C" BOOL USBDeviceNotifications(LPVOID lpvNotifyParameter, DWORD dwCode,
LPDWORD * dwInfo1, LPDWORD * dwInfo2, LPDWORD * dwInfo3,
LPDWORD * dwInfo4)
{
CMouse * pMouse = (CMouse *)lpvNotifyParameter;
 
switch(dwCode)
{
case USB_CLOSE_DEVICE:
//删除相关的资源。
delete pMouse;
return TRUE;
}
return FALSE;
}
 
 
USB鼠标的类的定义如下：
class CMouse
{
public:
CMouse::CMouse(USB_HANDLE hDevice, LPCUSB_FUNCS lpUsbFuncs,
LPCUSB_INTERFACE lpInterface);
~CMouse();
 
BOOL Initialize();
private:
// 传输完毕调用的回调函数
static DWORD CALLBACK MouseTransferCompleteStub(LPVOID lpvNotifyParameter);
// 中断处理函数
static ULONG CALLBACK CMouse::MouseThreadStub(PVOID context);
DWORD MouseTransferComplete();
DWORD MouseThread();
 
BOOL SubmitInterrupt();
BOOL HandleInterrupt();
 
BOOL m_fClosing;
BOOL m_fReadyForMouseEvents;
 
HANDLE m_hEvent;
HANDLE m_hThread;
 
USB_HANDLE m_hDevice;
USB_PIPE m_hInterruptPipe;
USB_TRANSFER m_hInterruptTransfer;
 
LPCUSB_FUNCS m_lpUsbFuncs;
LPCUSB_INTERFACE m_pInterface;
 
BOOL m_fPrevButton1;
BOOL m_fPrevButton2;
BOOL m_fPrevButton3;
 
// 数据接受缓冲区。
BYTE m_pbDataBuffer[8];
};
 
具体实现如下：
 
// 构造函数，初始化时调用
CMouse::CMouse(USB_HANDLE hDevice, LPCUSB_FUNCS lpUsbFuncs,
LPCUSB_INTERFACE lpInterface)
{
m_fClosing = FALSE;
m_fReadyForMouseEvents = FALSE;
m_hEvent = NULL;
m_hThread = NULL;
 
m_hDevice = hDevice;
m_hInterruptPipe = NULL;
m_hInterruptTransfer = NULL;
 
m_lpUsbFuncs = lpUsbFuncs;
m_pInterface = lpInterface;
 
m_fPrevButton1 = FALSE;
m_fPrevButton2 = FALSE;
m_fPrevButton3 = FALSE;
 
memset(m_pbDataBuffer, 0, sizeof(m_pbDataBuffer));
}
 
// 析构函数，用于清除申请的资源。
CMouse::~CMouse()
{
// 通知系统去关闭相关的函数接口。
m_fClosing = TRUE;
 
// Wake up the connection thread again and give it time to die.
if (m_hEvent != NULL)
{
// 通知关闭数据接受线程。
SetEvent(m_hEvent);
 
if (m_hThread != NULL)
{
DWORD dwWaitReturn;
 
dwWaitReturn = WaitForSingleObject(m_hThread, 1000);
if (dwWaitReturn != WAIT_OBJECT_0)
{
TerminateThread(m_hThread, DWORD(-1));
}
CloseHandle(m_hThread);
m_hThread = NULL;
}
CloseHandle(m_hEvent);
m_hEvent = NULL;
}
 
if(m_hInterruptTransfer)
(*m_lpUsbFuncs->lpCloseTransfer)(m_hInterruptTransfer);
 
if(m_hInterruptPipe)
(*m_lpUsbFuncs->lpClosePipe)(m_hInterruptPipe);
}
 
 
// 初始化USB鼠标驱动程序
BOOL CMouse::Initialize()
{
LPCUSB_DEVICE lpDeviceInfo = (*m_lpUsbFuncs->lpGetDeviceInfo)(m_hDevice);
 
// 检测配置：USB鼠标应该只有一个中断管道
if ((m_pInterface->lpEndpoints[0].Descriptor.bmAttributes & USB_ENDPOINT_TYPE_MASK) != USB_ENDPOINT_TYPE_INTERRUPT)
{
RETAILMSG(1,(TEXT("!USBMouse: EP 0 wrong type (%u)!/r/n"),
m_pInterface->lpEndpoints[0].Descriptor.bmAttributes));
return FALSE;
}
DEBUGMSG(ZONE_INIT,(TEXT("USBMouse: EP 0:MaxPacket: %u, Interval: %u/r/n"),
m_pInterface->lpEndpoints[0].Descriptor.wMaxPacketSize,
m_pInterface->lpEndpoints[0].Descriptor.bInterval));
 
m_hInterruptPipe = (*m_lpUsbFuncs->lpOpenPipe)(m_hDevice,
&m_pInterface->lpEndpoints[0].Descriptor);
 
if (m_hInterruptPipe == NULL) {
RETAILMSG(1,(TEXT("Mouse: Error opening interrupt pipe/r/n")));
return (FALSE);
}
m_hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);
if (m_hEvent == NULL)
{
RETAILMSG(1,(TEXT("USBMouse: Error on CreateEvent for connect event/r/n")));
return(FALSE);
}
// 创建数据接受线程
m_hThread = CreateThread(0, 0, MouseThreadStub, this, 0, NULL);
if (m_hThread == NULL)
{
RETAILMSG(1,(TEXT("USBMouse: Error on CreateThread/r/n")));
return(FALSE);
}
 
return(TRUE);
}
 
// 从USB鼠标设备中读出数据，产生相应的鼠标事件。
BOOL CMouse::SubmitInterrupt()
{
if(m_hInterruptTransfer)
(*m_lpUsbFuncs->lpCloseTransfer)(m_hInterruptTransfer);
 
// 从USB鼠标PIPE中读数据
m_hInterruptTransfer = (*m_lpUsbFuncs->lpIssueInterruptTransfer)
(m_hInterruptPipe, MouseTransferCompleteStub, this,
USB_IN_TRANSFER | USB_SHORT_TRANSFER_OK, // 表示读数据
min(m_pInterface->lpEndpoints[0].Descriptor.wMaxPacketSize,
sizeof(m_pbDataBuffer)),
m_pbDataBuffer,
NULL);
 
if (m_hInterruptTransfer == NULL)
{
DEBUGMSG(ZONE_ERROR，（L "!USBMouse: Error in IssueInterruptTransfer/r/n"));
return FALSE;
}
else
{
DEBUGMSG(ZONE_TRANSFER,(L"USBMouse::SubmitInterrupt,Transfer:0x%X/r/n",
m_hInterruptTransfer));
}
return TRUE;
}
 
// 处理鼠标中断传输的数据
BOOL CMouse::HandleInterrupt()
{
DWORD dwError;
DWORD dwBytes;
 
DWORD dwFlags = 0;
INT dx = (signed char)m_pbDataBuffer[1];
INT dy = (signed char)m_pbDataBuffer[2];
 
BOOL fButton1 = m_pbDataBuffer[0] & 0x01 ? TRUE : FALSE;
BOOL fButton2 = m_pbDataBuffer[0] & 0x02 ? TRUE : FALSE;
BOOL fButton3 = m_pbDataBuffer[0] & 0x04 ? TRUE : FALSE;
 
if (!(*m_lpUsbFuncs->lpGetTransferStatus)(m_hInterruptTransfer, &dwBytes,&dwError))
{
DEBUGMSG(ZONE_ERROR,(TEXT("!USBMouse: Error in GetTransferStatus(0x%X)/r/n"),
m_hInterruptTransfer));
return FALSE;
}
else
{
DEBUGMSG(ZONE_TRANSFER,(TEXT("USBMouse::HandleInterrupt, hTransfer 0x%X complete (%u bytes, Error:%X)/r/n"),
m_hInterruptTransfer,dwBytes,dwError));
}
 
if (!SubmitInterrupt())
return FALSE;
 
if(dwError != USB_NO_ERROR)
{
DEBUGMSG(ZONE_ERROR,(TEXT("!USBMouse: Error 0x%X in interrupt transfer/r/n"),dwError));
return TRUE;
}
 
if(dwBytes < 3)
{
DEBUGMSG(ZONE_ERROR,(TEXT("!USBMouse: Invalid byte cnt %u from interrupt transfer/r/n"),dwBytes));
return TRUE;
}
 
if(dx || dy)
dwFlags |= MOUSEEVENTF_MOVE;
 
if(fButton1 != m_fPrevButton1)
{
if(fButton1)
dwFlags |= MOUSEEVENTF_LEFTDOWN;
else
dwFlags |= MOUSEEVENTF_LEFTUP;
}
 
if(fButton2 != m_fPrevButton2)
{
if(fButton2)
dwFlags |= MOUSEEVENTF_RIGHTDOWN;
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