USB开发基础：USB设备的开发流程

第３３卷　３３　第３期　Ｎｏ．３　计算机工程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２００７年２月　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２００７　・工程应用技术与实现・　文章编号：１００　．３４２８（２００７）０，一】２５６＿＿ｏ３　文献标识码：Ａ　中圈分类号：ＴＰ３３４　

ＲＳ２３２设备到ＵＳＢ设备的升级及ＵＳＢ设备的开发　

余善恩，尚群立　（杭州电子科技大学自动化学院，杭州３１００１　８）　摘要：介绍了ＲＳ２３２、ＵＳＢ总线及其发展前景，针对ＵＳＢ总线技术蓬勃发展、ＲＳ２３２端口逐渐匮乏但ＲＳ２３２设备在短期内将仍有生命　力这一状况，提出了一种快速升级ＲＳ２３２设备到ＵＳＢ设备的方法，同时讨论了在ＶＢ中利用ＭＳＣｏｍｍ控件快速开发简单ＵＳＢ设备这一　简便途径。　关奠诃：ＲＳ２３２；ＵＳＢ总线转接芯片；ＭＳＣｏｍｍ控件　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｕｐｇｒａｄｅ　ＲＳ２３２　Ｄｅｖｉｃｅ　ｔｏ　ＵＳＢ　Ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＵＳＢ　Ｄｅｖｉｃｅ　

ＹＵ　Ｓｈａｎｅｎ，ＳＨＡＮＧ　Ｑｕｎｌｉ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１８）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｏｆ　ＲＳ２３２　ａｎｄ　ＵＳＢ’Ｓ　ａｃｔｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｕｐｇｒａｄｅ　ＲＳ２３２　ｄｅｖｉｃｅ　ｔｏ　ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｅｘｐａｔｉａｔｅｄ．Ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ＲＳ２３２；ＵＳＢ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃｈｉｐ；ＭＳＣｏｍｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ＲＳ２３２总线自从提出后得到了很大的发展，但随着通信　技术的进一步发展，它的局限性也暴露出来，发展前景不容　乐观。ＵＳＢ总线自提出后取得了比ＲＳ２３２总线更加蓬勃的发　展，它将极有可能取代ＲＳ２３２总线。由于已经有许多成熟的　ＲＳ２３２设备应用以及ＲＳ２３２总线自身的一些优点，ＵＳＢ总线　取代ＲＳ２３２总线将是一个缓慢的过程。针对这一状况，本文　为现有的ＲＳ２３２接口设备升级到ＵＳＢ接口提供了一种简单　的解决方案，同时也探讨了一种简便的ｌＵｓＢ设备开发方法。　１　ＲＳ２３２、ＵＳＢ总线简介　ＲＳ２３２自ｌ９６９年由美国电气工业协会（ＥＩＡ）推荐以来，　由于接口和通信协议比较简单，因此在计算机串行通信领域　得到了广泛的应用，同时开发出了大量的以ＲＳ２３２为接口的　各类产品，在计算机串行通信领域采用最为普遍，成为微机　串行通信接口中广泛采用的一种标准。　ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）通用串行总线是由康柏等７家　大厂商共同开发制定的一种外设接口标准，１９９６年公布了　ＵＳＢ１．０版本。ＵＳＢ总线规范推出后，这种接口适合于多种　设备，不仅具有快速、即插即用、支持热插拔等优点，还能　同时连接多达ｌ２７个设备，解决了如资源冲突、中断请求　（ＩＲＱｓ）和直接数据通道（ＤＭＡｓ）等问题。ＵＳＢ技术和设备已得　到了比ＲＳ２３２更为广泛的应用，ＵＳＢ端口已成为当今台式　ＰＣ和笔记本电脑上的标准配置之一。　虽然ＵＳＢ总线具有很多的优点，但也有协议相对复杂，　开发难度大，传送距离近等缺点。ＲＳ２３２总线应用范围广泛、　价格便宜、编程容易并且可以比其它接口使用更长的导线，　更重要的是它有很多的已成熟应用的产品，所以在很长的一　段时间内将仍具有生命力。　２出现的问题及解决方案　尽管ＵＳＢ产品开发相对ＲＳ２３２产品难度要大，但随着　ＵＳＢ产品的应用范围不断扩大，ＵＳＢ控制芯片的不断涌现及　其总线规范的不断完善，ＰＣ机上的其它端口将逐渐被ＵＳＢ　端口取代是大势所趋。有人预言“未来的电脑上将只有网口　和ＵＳＢ口”，这还是有一定道理的。　考虑到以后的电脑标准配置上将逐渐取消ＲＳ２３２接口　（很多笔记本电脑上已经取消了ＲＳ２３２接口），对习惯使用　ＲＳ２３２的开发者可以考虑基于ＵＳＢ端口的ＲＳ２３２设备开发，　对原有的ＲＳ２３２接口设备可以考虑升级到ＵＳＢ接口，以摆　脱ＲＳ２３２端口资源逐渐匮乏的困境。　要基于ＵＳＢ端口进行ＲＳ２３２设备开发，首先要实现利　用ＵＳＢ总线传输ＲＳ２３２数据，即ＰＣ端的应用软件依然是针　对ＲＳ２３２串口编程的，外设也是以ＲＳ２３２为数据通信通道，　但从ＰＣ到外设之间的物理连接却是ＵＳＢ总线，其上的数据　通信也是ＵＳＢ数据格式。采用这样的好处在于：（１）保护原有　的软件开发投入，已开发的针对ＲＳ２３２外设的应用软件可以　不加修改地继续使用；（２）具有ＵＳＢ设备的即插即用性，也　摆脱了ＲＳ２３２接１：１资源匮乏的困境。原有的ＲＳ２３２接１：１设备　升级到ＵＳＢ接口还有一个好处就是若它是小功耗产品，则可　以直接利用ＵＳＢ接口进行供电。ＵＳＢ接口可以提供＋５Ｖ的　电压，且支持５００ｍＡ的供电电流。　要实现ＵＳＢ到ＲＳ２３２信号的转换，可以采用通用的ＵＳＢ　总线控制器，也可以采用单独的ＵＳＢ接口收发器芯片，最简　单的就是直接采用专用的ＵＳＢ／ＲＳ２３２双向转换芯片。ＵＳＢ　总线产品使用简单，而设计却很复杂，涉及到诸如枚举、设　备描述符、端点、令牌、传输类型、信息管道等多方面的知　识，要求对ＵＳＢ规范十分熟悉，３种方案相比而言，采用第　作者倚介：余善恩（１９８２－－），男，硕士生，主研方向：控制理论与控　制工程；尚群立，博士、教授　收稿日期：２００６－０４－３０　Ｅ・ｍａｉｌ：ｎｗｃｄ＠１６３．ｅ

描述符

USB采用USB标准描述符说明一个USB设备，这些描述符包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符和字符串描述符。对于高速设备还包括设备限定描述符和其他速率配置描述符。设备类和供应商也可以自己定义其设备专用描述符，分别称为设备类定义描述符和供应商自定义描述符。

(1)设备描述符 (Device Descriptor)用于指出USB设备的总体信息，其内容对该设备中同一传输模式下的所有配置都有效。一个设备只能有一个设备描述符，但是一个设备允许多个配置描述符。

(2)配置描述符 (Configuration Descriptor)为USB设备的配置指出其配置信息。USB设备的一个配置可以包含一个或者多个接口，且每个接口都可以相互独立工作，所有的USB设备都至少支持一个配置描述符，每个配置都必须有自己的配置描述符。当主机请求配置描述符时，其所有相关的接口描述符和端点描述符都将

被返回。

(3)接口描述符(hite而ceDescriPtor)用于指定usB设备中各个接口的特性，设备的每个接口都必须有一个描述符。USB设备的接口是一个端点的集合，负责完成设备的特定功能，接口可以包含一个或者多个可替换配置，它们能够在USB设备处于配置状态时，改变当前接口所含端点的个数和特性。USB设备同一配置的各个接口间不能使用相同的端点，但是同一接口的各个可替换配置间可以使用相同的端点。

(4)端点描述符(EndPointDescriptor)用于指出usB设备端点的特性，如其所支持的传输类型、传输方向等信息。除端点O外，USB设备的每个端点都必须有一个端点描述符。

(5)字符串描述符(stringDescriptor)用于保存一些文本信息，它是可选的。在USB设备的其他描述符中，可以含有指向字符串描述符的索引值。

(6)设备限定描述符(DevieeQualifierDeseriPtor)只适用于高速usB设备，如果高速USB设备既需要高速传输，又需要全速传输，则它必须支持设备限定描述符，以指出另一传输速率下该设备的总体信息。

Ｔ技术　！　业　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｒｌｏｌｏｇｙ　ｌｎｎｏｖｓｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　高速数据采集系统中的Ｕ　Ｓ　Ｂ设备驱动开发　李鑫　（南京工业大学信息科学与工程学院　南京　２　ｌ　０００９）　摘要：本文阐述了利用微软驱动开发模型（ｗＤＭ）开发的ＵＳＢ设备驱动程序的基本方法，分析了主机与ＵＳＢ设备之间的数据交互过程　并　通过实际应用ＵＳＢ技术的高速数据采集系统开发过程说明进行ＵＳＢ总线接口和ＷＤＭ驱动程序设计的一般流程。　关键词：ＵＳＢ　２．０　ＷＤＭ　ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ　Ｗｉｎｄｏｗｓ驱动程序　中图分类号：ＴＰ３１　６．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４－－０９８ｘ（２００８）０１（ａ）一００２５－－０　２　１引言　硬件设备与控制终端之间的高速数据通信　始终是开发高速数据采集与传输系统的一个难　点。随着ＵＳＢ２．０技术的成熟与发展，越来越　多的工程应用选用具有即插即用，热拔插、　高带宽、低功耗及安装简单等优点的Ｕ　ＳＢ总　线技术作为高速数据传输解决方案，常见基于　ＵＳＢ的高速数据采集系统的一般结构如图１所　示。另一方面，微软公司Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｓｅｒｖｅｒ　２００３由于其高可靠性和稳定性及方便易用等　特性，正日益成为数据控制终端的主流系统乎　台。因此，进行Ｗ　ｉｎｄｏｗｓ　Ｓｅｒｖｅｒ　２００３平台　下的ＵＳＢ驱动开发对于高速数采系统具有重　要的实用价值。　２　ＵＳＢ总线数据交互过程　一个ＵＳＢ设备与ＰＣ连接时，Ｗｉｎｄｏｗｓ必　须通过枚举来判断所连接的Ｕ　ＳＢ设备类型及　其所需参数，如电源，端点类型，端点值及产品　类别等。该过程即所谓的枚举过程。通过枚　举，主机将给该设备分配一个地址，并配置相应　参数使该设备能够通过Ｕ　ＳＢ总线传输数据。　一般来说，ＷｉｎｄｏＷＳ的枚举过程包含以下几个　步骤：　１）ＵＳＢ设备插入后，主机使用默认状态复　位设备，并要求设备发送６４字节的设备描述　符，收到８字节的设备描述符后，设备获得唯一　一一　～…一　ｒ——］　；　敌　线　——］　ｌ　ｌ　ｌ　渔Ｅｌ　一　Ｖ　数瓣爱鬃黼　终缆器　图１基于ＵＳＢ的高速数据采集系统结构　

１引言　胡晓军　（国防科技大学机电工程与自动化学院长沙４１００７３）　

摘要本文围绕ＷＤＭ型ＵＳＢ设备客户驱动程序的基本概念、框架和驱动程序接口等主要内　容进行了详细阐述。同时重点突出了编写ＵＳＢ设备客户驱动程序的特有概念和特殊方式。并结合　实际经验讨论了ＵＳＢ设备客户驱动程序的编程要点。　关键词ＷＤＭ　ＵＳＢ客户驱动程序ＵＳＢＤＩ　ＵＲＢ　ＩＲＰ描述特ＰｎＰ　

ＵＳＢ（通用串行总线）以其卓越性能在数据通　信、采集和储存系统中得到了广泛应用。代表了计算　机外设总线的发展趋势。我们知道在开发基于ＵＳＢ　或ＰＣＩ、ＩＳＡ总线的外设中，设备驱动程序的设计是　—个重要的技术环节，它直接影响整个设备系统的　性能。Ｗｉｎｄｏｗｓ　９８和Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００操作系统为ＵＳＢ　总线提供了全面的支持，并且用ＷＤＭ设备驱动程　序模型代替了ＶｘＤ设备驱动程序。ＷＤＭ支持　ＵＳＢ１．１协议，并为其提供了高效的开发平台。因此，　ＷＤＭ已成为开发ＵＳＢ外设驱动程序所必需而有效　的技术。　２￣ｆｌ１）Ｍ型ＵＳＢ客户驱动程序剖析　２．１、７ｍＭ型ｕＳＢ设备驱动程序层次结构　图ｌ显示了简单的ＵＳＢ驱动程序栈结构。它之　所以是分层系统是因为每层驱动程序都对应不同的　硬件或具有专门的过滤功能。如ＵＨＣＤ．ｓｙｓ控制主　板上的ＵＳＢ主机控制器芯中。ＵＳＢ客户驱动程序一　般在驱动程序栈最顶层，它通过ｌＯ管理器与Ｗｉｎ３２　应用程序联系，同时又通过ＵＳＢ驱动程序接口　（ＵＳＢＤ１）与下层驱动程序通信。ＵＳＢ客户驱动程序　的基本任务是传递控制命令与读写数据，实现　ＷｉｎｄｏｗｓＩＯ管理器　厂——面　面　—］　

ｒ———————————＿ｒ———————————］　ｌ　ＵＨＣＤ．ｓｙｓ　ｌ　Ｏｖｅ，ｔａＣＤ．　ｌ　＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝　———＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝：　ＰＣＩ总线　［二　［］　

图１　ＵＳＢ驱动程序栈结构倚图　

Ｗｉｎ３２应用程序对底层硬件的间接操作。　２．２客户驱动程序入口ＤｒｉｖｅｒＥｎｔｒｙ与分发倒程　Ｄｉｓｐａｔｃｈ　设备驱动程序与应用程序不同，它没有ｍａｉｎ　（）或ＷｉｎＭａｉｎ（）函数，它向操作系统暴露一个名　叫ＤｒｉｖｅｒＥｎｉａｙ的人口函数，当设备驱动程序被加载　时，操作系统调用这个人口，这点与动态链接库　（ＤＬＬ）很相似。ＤｒｉｖｅｒＥｎｔｒｙ除了做一些必要的初始　化外，还初始化一些Ｄｉｓｐａｔｃｈ例程人口。当应用程序　用Ｗｉｎ３２　ＡＰ１函数对设备进行打开／关闭或读／写