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Micro Framework USB Driver开发

简介: 为Micro Framework开发USB驱动也有一段时间了,随着开发的深入,对USB理解也渐渐清晰起来。

Micro Framework开发USB驱动也有一段时间了,随着开发的深入,对USB理解也渐渐清晰起来。

从系统架构上来说为Micro Framework开发USB驱动有三个层面的工作。一是针对USB芯片的驱动移植(很多ARM CPU都集成了USB功能),实现MFHAL层要求的USB接口;二是开发PC平台上针对MF设备的USB驱动;三是编写应用程序(非Micro Framework应用程序),通过USB接口直接和MF设备通信(这个工作是我加的,其实完成前两步工作,就已经使MFDeployVS2008和设备正常通信了)。

下面我针对这三个层面,详细说一下我的开发工作。

一、USB驱动移植

这一步是最难的,特别是对USB没有任何了解的人来说。Micro FarmeworkUSB开发接口如下(含HAL层和PAL层的接口,其中PAL层的代码已经提供,不需要任何编程)。

1CPU_USB_GetInterruptState Function

Determines whether there are currently interrupts pending for the USB port.

2CPU_USB_Initialize Function

Initializes the client module at the driver layer.

3CPU_USB_ProtectPins Function

Puts USB pins into a known state to prevent spurious inputs.

4CPU_USB_RxEnable Function

Enables a specified USB port to receive data.

5CPU_USB_StartOutput Function

Begins sending output to a specified USB port.

6CPU_USB_Uninitialize Function

Uninitializes (shuts down) USB communications at the driver layer.

7USB_ClearEvent Function

Clears one or more USB events.

8USB_Flush Function

Flushes the buffers associated with USB ports.

9USB_GetEvent Function

Gets the state of a USB event.

10USB_Initialize Function

Initializes the USB subsystem.

11USB_Read Function

Reads a block of data from a USB port.

12USB_SetEvent Function

Sets the state of a USB event.

13USB_Uninitialize Function

Initializes the USB subsystem.

14USB_Write Function

Writes a block of data to a USB port.

其实接口什么样都无所谓,关键是首先你要让USB设备能work,让PC机能识别你的设备,USB开发的里程碑有三个,一是让PC机发现未知设备,二是让PC机识别USB设备,三是正确安装USB驱动(当然要能正常工作)。

1、第一步让USB识别你的设备,这一步可以说是最难,也可以说是最容易的一步,说它最难是因为这一步和硬件的正常工作非常相关,如果硬件工作不正常或USB接口有物理故障,这一步都很难通过,所以在开发USB驱动之前,一定确保硬件设备的USB能正常工作(比如在linuxWince环境下能正常工作)。说它容易是因为仅需要正确配置一两个寄存器,不需要什么编程就能实现这一步。这个过程不需要了解太多的USB相关知识,只需要精读该芯片的英文技术文档即可。

2、第二步让PC机识别你的USB设备,这一步是最关键的一步,也是需要大量USB知识的一步。这一步仅需要实现USB的端点0(称控制端点或默认端点)相关的功能即可。

如果没有USB基础的人,这一步必须要充电,必须要知道USB相关协议规范,否则你就会寸步难行。我这里推荐一下两个人的blog,一个是大名鼎鼎的USB研究专家圈圈,写的关于USB的文章都非常透彻,相关链接(http://group.ednchina.com/93/240.aspx );另一个是蔡军生的关于USB的文章,写的也非常好,对开发很有帮助(http://blog.csdn.net/caimouse/archive/2007/03/24/1539835.aspx )。其次我推荐,如果大家有条件就要购买一本周立功编著的《USB 2.0OTG规范及开发指南》,这可以说是一本USB2.0英文协议文档的翻译版,不过翻译的还不错(网上也流传了不少USB2.0中文协议文档,不过有些差强人意),可以相对比较准确地理解USB术语。对我来说,还是比较习惯读书的,在电脑上看大篇大篇的技术文档很容易看了后面忘了前面的。

这一步其实就是PC机对USB设备的盘查工作,有点类似公安局审犯人,如你是谁?什么背景?有什么能力等等。其中最关键的要问到USB设备的PIDVID,问到这一个才能安装相对应的驱动程序,当然获得相关的接口和端点配置也是非常重要的。详细的信息交互,这一步我就不多说了,协议上都说的非常清楚。这一步要说一点,就是设置地址这个环节最容易出错,PC机分配的地址收到后,一定要等返回相关ACK响应后,再修改设备的USB设备地址,否则很容易出问题。

这里推荐一下北航frank的文章《USB项目技术报告》,这个环节写的很清楚。

此外如果你手边有USB协议分析仪,那么你真是一个非常幸福的人,这一步就需要这个东东(我不太幸运,我是在调通USB驱动之后,才有的USB协议分析仪),Bus Hound工具虽然好用,但是在这一步却帮不上忙,它是要识别USB设备后才能正常监控USB数据流的,这对第三步的工作非常有帮助。

 

 

USB分析仪

 

USB通信过程一目了然,你会发现USB协议分析仪原来这么强大)。

 

Bus Hound

 

注:Micro FrameworkPAL层已实现相关通信交互的指令,你仅需要把USB通道打通即可,此外不要拘泥于MF porting kit中的USB驱动示例,要根据需要大胆一些调整相关逻辑。具体的要求请参见我以前的文章《MF PortingUSB驱动开发》http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2009/01/04/3697445.aspx

 

第三步,安装驱动,如果第二步正确完成,PC机就会要求你安装USB驱动了。

 

      USB 驱动

二、PC USB驱动开发

Micro FrameworkPorting kit开发包中已经提供了MF 设备的USB驱动源码(MFUSB_PortingKitSample),你仅需要修改一下Inf文件(主要修改相关的PIDVID,记住PIDVID仅是设备和相关驱动关联用的,除此之外没有其它任何用处),此外需要安装Windows DDK开发包,用来编译该驱动程序。相关说明如下:

To compile the USB drivers you must

1) install the DDK

2) open a command window for building (build environment must be initialized for that cmd window by calling setenv.cmd on the appropriate client directory)

3) build with the script build_usb_drivers in %SPOCLIENT%/Tools/scripts directory

   usage: build_usb_drivers.cmd DDK_INSTALLDIR

   example: build_usb_drivers.cmd c:/WINDDK/6001.18001

Output directories are under the drivers' source tree. Please move the sys files in the corresponding sub-directories in the inf folder before installing.

NOTE: the build_usb_drivers script will only build the MFUSB_PortingKitSample driver.  The MFUSB_DualInterface_PortingKitSample driver is the same

as the previous one but can handle 4 endpoints instead of two and allows debugging over USB the first pair of endpoints while reading/writing

on the other pair.

    由于MF设备仅支持3个端点(012),所以要扩展功能或增加端点,就需要你修改此程序的相关源码了(当然MF设备的USB驱动你也要相应地修改)。

 

三、USB应用程序开发

很多网上的此类程序大部分都是基于VC的,几乎找不到C#相关的源代码,即使有也发现文不对题,根本实现不了和设备的直接通信,网上有一个ICSharpCode.USBlib的库可以在C#中引用,据说功能还很强大,不过我在VistaXP上好像没有测试成功,枚举USB设备时老出现异常。

幸好MFDeploy程序(MF SDK中的部署工具)是用C#开发的,所以深入研究该程序后,终于从中提取出一个USB读写类(MFDeploy程序太复杂了,我研究了好长时间才粗略理清相关逻辑脉络),终于很方便的用C#操作USB设备了。

 

 

C# USB

 

相关接口:

    public interface IControllerLocal : IController

    {

        Stream OpenPort();

    }

    public interface IController

    {

        void ClosePort();

        bool SendData(byte[] buf);

        int Available { get; }

        int ReadData(byte[] buf, int offset, int count);

        void Start();

        void Stop();

        bool IsPortConnected { get; }

        DateTime LastActivity { get; }

    }

    public interface IControllerHostLocal

    {

        Stream OpenConnection();

}

应用代码:

 

using System;

using System.Drawing;

using System.Windows.Forms;

using System.Collections;

using System.Threading;

using Microsoft.SPOT.Debugger;

 

namespace USBTest

{

    public partial class frmMain : Form

    {

        UsbEngine usb =null;

        ArrayList pds=null;

        private Thread m_ReadThread;

 

        public frmMain()

        {

            InitializeComponent();

            btnSend.Enabled = false;

            btnUpdata_Click(null, null);

        }

 

        private void btnUpdata_Click(object sender, EventArgs e)

        {

            pds = UsbEngine.Enumerate();

            cmbUSBList.Items.Clear();

            foreach (PortDefinition pd in pds)

            {

                cmbUSBList.Items.Add(pd.DisplayName);

            }

            if (cmbUSBList.Items.Count > 0 )cmbUSBList.SelectedIndex = 0;

            else btnSend.Enabled = false;

        }

 

        private void cmbUSBList_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)

        {

            if (usb != null)

            {

                btnSend.Enabled = false;

                usb.Dispose();

            }

            btnSend.Enabled = true;

            usb = new UsbEngine((PortDefinition)pds[cmbUSBList.SelectedIndex]);

            usb.Start();

            m_ReadThread = new Thread(new ThreadStart(this.ReadDataThread));

            m_ReadThread.IsBackground = true;

            m_ReadThread.Start();

        }

 

        private void ReadDataThread()

        {

            byte[] bytData = new byte[1024];

            while (btnSend.Enabled)

            {

                try

                {                  

                    if (usb.Available> 0)

                    {

                        int intRet = usb.ReadData(bytData, 0, usb.Available);

                        MethodInvoker method = delegate

                        {

                            string strData = "";

                            for (int i = 0; i < intRet; i++)

                            {

                                strData += bytData[i].ToString("X2") + " ";

                            }

                            txtRead.Text += strData;

                        };

                        this.txtRead.Invoke(method);

                    }

                    Thread.Sleep(100);

                }

                catch { }

            }

        }

 

        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)

        {

            if (usb == null || txtSend.Text.Length == 0 ) return;

            try

            {

                string[] strData = txtSend.Text.Split(new char[] { ' ' });

                byte[] bytData = new byte[strData.Length];

 

                for (int i = 0; i < bytData.Length; i++)

                {

                    bytData[i] = (byte)Convert.ToInt32(strData[i], 16);

                }

 

                usb.SendData(bytData);

            }

            catch(Exception ex)

            {

                txtRead.Text = "Send Error:" + ex.Message.ToString();

            }

        }

        private void frmMain_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)

        {

            if (usb == null) return;

            btnSend.Enabled = false;

            usb.Stop();

        }     

    }

}

现在很多USB设备都是免驱的了,就是实现了HID封装,借助该通道和USB设备通信。我对该技术非常感兴趣,有时间可以深入研究一下。有此类经验的朋友也希望能分享一下。

 

还有一个值得高兴的事,Micro Framework美国微软研发团队终于向我们开放了TinyCLR源码,这是一个非常值得纪念的开始,意味着我们中国的MF团队又向美国的MF开发团队走近了一步,期待我们能在MF上走的更远。正如Lorenzo所说:We are very excited about this opportunity and we are confident that it will have a huge impact on our business.  This could be the beginning of a great collaboration.  

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