USB系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn) 計算機科學與技術(shù)專業(yè)

第1章緒論

1.1USB簡介

USB是由世界著名計算機和通信公司等共同推出的新一代接口標準，全

稱為UniversalSerialBus（通用串行總線）⑴，是一種快速、靈活的總線接口。

它是為了解決日益增加的PC外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制

定的一種串行通信標準。USB應(yīng)用十分廣泛，并具有下述優(yōu)點：

1、適用于多種外設(shè)，使它不需要為不同的外設(shè)準備不同的接口和協(xié)議；

2、Windows能自動檢測到USB設(shè)備的熱插拔，并自動配置；

3、PC機上的接口線非常緊缺，而USD設(shè)備并不需要用戶設(shè)置端口故無

論從用戶使用方便性，或從對資源的占用方面看，USB都很優(yōu)秀；

4、當接入一個USB設(shè)備時，全速USB接口可達12Mbit/So考慮到狀態(tài)、

控制和出錯信息，最大理論速度仍可達到9.6Mbit/s,這是其他串行接口協(xié)議

所不能比擬的，且USB也支持1.5Mbit/s的低速傳輸。

5、USB接口芯片價格低廉，這也大大促進USB設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用。

在USB出現(xiàn)之前，計算機典型接口有并行口、串行口、鼠標口、鍵盤口、

顯示器口，及各種卡式接口等，與這些接口對應(yīng)的有各種不同的電纜，在傳

輸速度方面，這些接口都存在速度偏低的問題。在技術(shù)方面，這種設(shè)計容易

產(chǎn)生I/O沖突，中斷不夠用，以及對于每一種新的外設(shè)都必須設(shè)計新的接口

卡等缺點。當今的計算機外部設(shè)備，都在追求高速度和高通用性。USB接口

適應(yīng)了這種要求，并以其速度快、使用方便、成本低等優(yōu)點，迅速得到了眾

多PC廠商和半導體廠商的大力支持，外設(shè)向USB過度成為必然趨勢。

1.2USB驅(qū)動程序的意義

如果PC主機不知道如何與USB外設(shè)通信，那么這個USB外設(shè)一點用

處都沒有，人機接口設(shè)備（HID）⑵類是Windows完全支持的USB設(shè)備類型

中的一種，應(yīng)用程序可以使用操作系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的驅(qū)動與HID通信，但與HID

通信不像打開一個端口，設(shè)定幾個參數(shù)，然后就可以讀寫數(shù)據(jù)那么簡單，在

應(yīng)用程序能與HID交換數(shù)據(jù)之前，它先要找到設(shè)備，獲取有關(guān)它的報告信息。

為做到這些，應(yīng)用程序必須通過訪問通信API函數(shù)，使位于上層的應(yīng)用程序

與位于下層的設(shè)備驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)交換。應(yīng)用程序可以使用任何能訪問

API函數(shù)的程序語言,VC++是一種能訪問API函數(shù)的功能強大的語言，因此,

我們應(yīng)用VisualC++6.0環(huán)境下編寫與USB設(shè)備通信的Windows程序。

1.3VC++軟件的介紹

應(yīng)用基于MFCAppWizard的應(yīng)用程序。MFC(MicrosoftFoundationClass

Library)中的各種類結(jié)合遠來構(gòu)成了一個應(yīng)用程序框架，它的目的就是在此

基礎(chǔ)上來建立Windows下的應(yīng)用程序，這是一種相對SDK來說更為簡單的

方法。因為總體上，MFC框架定義了應(yīng)用程序的輪廓，并提供了用戶接口的

標準實現(xiàn)方法，要做的就是通過預(yù)定義的接口把具體應(yīng)用程序特有的東西填

入這個輪廓。MicrosoftVisualC++提供了相應(yīng)的工具來完成這個工作：

AppWizard可以用來生成初步的框架文件(代碼和資源等)；資源編輯器用于

幫助直觀地設(shè)計用戶接口；ClassWizard用來協(xié)助添加代碼到框架文件；最后，

編譯，則通過類庫實現(xiàn)了應(yīng)用程序特定的邏輯。

1.4系統(tǒng)方案設(shè)計

上位機界面應(yīng)用VC++6.0軟件來編寫，為了簡單適用，在創(chuàng)建工程時采

用對話框類型。一個好的應(yīng)用程序首先要有好的用戶界面，看起來賞心悅目，

使用起來簡單、方便。顯示界面上的各個元素需要和USB設(shè)備上的元件擺放

位置相對應(yīng)。把要完成的一系列功能的顯示元素分成不同的模塊來進行程序

的編寫，每一個模塊分別完成一種功能，這樣既方便檢查程序，也方便在通

信發(fā)生錯誤時的對錯誤進行分析。

為了實現(xiàn)PC機對USB設(shè)備的識別，上位機端需要有一個USB設(shè)備的

驅(qū)動程序來識別和支持USB設(shè)備，否則PC機將無法識別USB設(shè)備。這里

選用DrivcrStudio軟件來編寫，它能生成一個簡單的驅(qū)動程序的框架，根據(jù)

需要，可以在此基礎(chǔ)上進行更深層的開發(fā)。

1.5預(yù)期結(jié)果

通過上位機軟件和驅(qū)動程序的編寫實現(xiàn)以下功能：

1、完成上位機軟件的編寫，并可以在設(shè)備沒有連接時顯示連接錯誤。

2、完成驅(qū)動程序的編寫，實現(xiàn)上位機能發(fā)現(xiàn)USB設(shè)備，并使上位機能

正確配置設(shè)備。同時在顯示界面上顯示出找到設(shè)備。

3、實現(xiàn)雙向傳輸。在上位機軟件中可以控制USB設(shè)備中的相應(yīng)顯示，

同時可以接收到USB設(shè)備傳回的消息，并在顯示界面上顯示。達到一個PC

機與USB設(shè)備信息的交互，完成通信。

4、利用VC編程實現(xiàn)對計算機底層硬件的操作，培養(yǎng)在此方面工程開發(fā)

的能力。

第2章USB協(xié)議

2.1USB系統(tǒng)的使用分類及系統(tǒng)的描述

USB設(shè)計的初衷是針對桌面電腦而不是應(yīng)用于可移動的環(huán)境下的。軟件

體系通過對各種主機控制器提供支持以保證將來對LSB的擴充⑶。USB是一

種電纜總線，支持在主機利各式各樣的即插即用的外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)傳輸。

由主機預(yù)定的標準的協(xié)議使各種設(shè)備分享USB帶寬，當其它設(shè)備和主機在運

行時，總線允許添加、設(shè)置、使用以及拆除外設(shè)。

USB系統(tǒng)的描述：

一個USB系統(tǒng)主要被定義為三個部分：USD的互連、USB的設(shè)備、USB

的主機。

USB的互連是指USB設(shè)備與主機之間進行連接和通信的操作，主要包

括以下幾方面：

（1）總線的拓撲結(jié)構(gòu)：USB設(shè)備與主機之間的各種連接方式；

（2）內(nèi)部層次關(guān)系：根據(jù)性能疊置，USB的任務(wù)被分配到系統(tǒng)的每一

個層次；

（3）數(shù)據(jù)流模式：描述了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中通過USB從產(chǎn)生方到使用方的

流動方式；

（4）USB的調(diào)度：USB提供了一個共享的連接。對可以使用的連接進

行了調(diào)度以支持同步數(shù)據(jù)傳輸，并且避免的優(yōu)先級判別的開銷。

USB的設(shè)備如下所示：

（1）網(wǎng)絡(luò)集線器，向USB提供了更多的連接點；

（2）功能器件：為系統(tǒng)提供具體功能，如ISDN的連接，數(shù)字的游戲桿

或揚聲器。

USB設(shè)備提供的USB標準接口的主要依據(jù)：

（1）對USB協(xié)議的運用；

（2）對標準USB操作的反饋，如設(shè)置和復(fù)位;

(3)標準性能的描述性信息；

USB傳輸方式：

USB總線屬一種輪訊方式的總線，主機控制端口初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸。

每一總線執(zhí)行動作最多傳送二個數(shù)據(jù)包。按照傳輸前制定好的原則，在每次

傳送開始時，主機控制器發(fā)送一個描述傳輸運作的種類、方向，USB設(shè)備地

址和終端號的USB數(shù)據(jù)包，這個數(shù)據(jù)包通常稱為標志包(tokenpacket)。USB

設(shè)備從解碼后的數(shù)據(jù)包的適當位置取出屬于自己的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸方向不是

從主機到設(shè)備就是從設(shè)備到主機。在傳輸開始時，由標志包來標志數(shù)據(jù)的傳

輸方向，然后發(fā)送端開始發(fā)送包含信息的數(shù)據(jù)包或表明沒有數(shù)據(jù)傳送。接收

端也要相應(yīng)發(fā)送一個握手的數(shù)據(jù)包表明是否傳送成功。發(fā)送端和接收端之間

的USB數(shù)據(jù)傳輸，在主機和設(shè)備的端口之間，可視為一個通道。存在兩種類

型的通道：流和消息。流的數(shù)據(jù)不像消息的數(shù)據(jù)，它沒有USB所定義的結(jié)構(gòu),

而且通道與數(shù)據(jù)帶寬、傳送服務(wù)類型，端口特性(如方向和緩沖區(qū)大小)有

關(guān)。USB中有一個特殊的通道——缺省控制通道，它屬于消息通道，當設(shè)備

一啟動即存在，從而為設(shè)備的設(shè)置、查詢狀況和輸入控制信息提供一個入口。

2.2USB物理接口的電器特性

2.2.1USB物理接口

USB傳送信號和電源是通過一種四線的電纜，兩根線是用于發(fā)送信號。

存在兩種數(shù)據(jù)傳輸率：

VBUSVBUS

D+D+

D-D-

GNDGND

圖2.1USB物理接口

(1)USB的高速信號的比特率定為12Mbps；

(2)低速信號傳送的模式定為1.5Mbps；

電纜中包括VBUS、GND二條線，向設(shè)備提供電源。VBUS使用+5V電

源。USB對電纜長度的要求很寬，最長可為幾米。通過選擇合適的導線長度

以匹配指定的IRdrop和其它一些特性，如設(shè)備能源預(yù)算和電纜適應(yīng)度。為

了保證足夠的輸入電壓和終端阻抗。重要的終端設(shè)備應(yīng)位于電纜的尾部。在

每個端口都可檢測終端是否連接或分離，并區(qū)分出高速，或低速設(shè)備。

2.2.2電源

主要包括兩方面：

(1)電源分配：即USB的設(shè)備如何通過USB分配得到由主計算機提供

的能源。每個USB單元通過電纜只能提供有限的能源。主機對那種直接相連

的USB設(shè)備提供電源供其使用。并且每個USB設(shè)備都可能有自己的電源。

那些完全依靠電纜提供能源的設(shè)備稱作“總線供能”設(shè)備。相反，那些可選

擇能源來源的設(shè)備稱作“自供電”設(shè)備。而且，集線器也可由與之相連的USB

設(shè)備提供電源。

(2)電源管理：即通過電源管理系統(tǒng)，USB的系統(tǒng)軟件和設(shè)備如何與

主機協(xié)調(diào)工作。USB主機與USB系統(tǒng)有相互獨立的電源管理系統(tǒng)。USB的

系統(tǒng)軟件可以與主機的能源管理系統(tǒng)結(jié)合共同處理各種電子元件如掛起、喚

醒，并且有特色的是，USB設(shè)備應(yīng)用特有的電源管理特性，可讓系統(tǒng)軟件和

控制其電源管理“

2.2.3總線協(xié)議

主機控制端口初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸。每一總線執(zhí)行動作最多傳送三個

數(shù)據(jù)包。按照傳輸前制定好的原則，在每次傳送開始時，主機控制器發(fā)送一

個描述傳輸運作的種類、方向，USB設(shè)備地址和終端號的USB數(shù)據(jù)包，這

個數(shù)據(jù)包通常稱為標志包(tokenpacket)oUSB設(shè)備從解碼后的數(shù)據(jù)包的適當

位置取出屬于自己的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸方向不是從主機到設(shè)備就是從設(shè)備到主

機。在傳輸開始時，由標志包來標志數(shù)據(jù)的傳輸方向，然后發(fā)送端開始發(fā)送

包含信息的數(shù)據(jù)包或表明沒有數(shù)據(jù)傳送。接收端也要相應(yīng)發(fā)送一個握手的數(shù)

據(jù)包表明是否傳送成功。發(fā)送端和接收端之間的USB數(shù)據(jù)傳輸，在主機和設(shè)

備的端口之間，可視為一個通道。存在兩種類型的通道：流和消息。流的數(shù)

據(jù)不像消息的數(shù)據(jù)，它沒有USB所定義的結(jié)構(gòu)，而且通道與數(shù)據(jù)帶寬、傳送

服務(wù)類型，端口特性（如方向和緩沖區(qū)大小）有關(guān)。多數(shù)通道在USB設(shè)備設(shè)

置完成后即存在。USB中有一個特殊的通道——缺省控制通道，它屬于消息

通道，當設(shè)備一啟動即存在，從而為設(shè)備的設(shè)置、查詢狀況和輸入控制信息

提供一個入口。

事務(wù)預(yù)處理允許對一些數(shù)據(jù)流的通道進行控制，從而在硬件級上防止了

對緩沖區(qū)的高估或低估，通過發(fā)送不確認握手信號從而阻塞了數(shù)據(jù)的傳輸速

度。當不確認信號發(fā)過后，若總線有空閑，數(shù)據(jù)傳輸將再做一次。這種流控

制機制允許靈活的任務(wù)安排，可使不同性質(zhì)的流通道同時正常工作，這樣多

種流通常可在不同間隔進行工作，傳送不同大小的數(shù)據(jù)包。

1、USB設(shè)備的安裝

所有的USB設(shè)備都是通過端口接在USB上，網(wǎng)絡(luò)集線器知道這些指定

的USB設(shè)備，集線器有一個狀態(tài)指示器指明在其某個端口上，USB設(shè)備是

否被安裝或拆除了，主機將所有的集線器排成隊列以取回其狀態(tài)指示。在USB

設(shè)備安裝后，主機通過設(shè)備控制通道激活該端口并以預(yù)設(shè)的地址值給USB設(shè)

備。

主機對每個設(shè)備指定唯一的USB地址。并檢測這種新裝的USB設(shè)備是

集線器還是功能部件。主機為USB設(shè)備建立了控制通道，使用指定的USB

的地址和零號端口。

如果安裝的USB設(shè)備是集線器，并且USB設(shè)備連在其端口上，上述過

程對每個USB設(shè)備的安裝都要做一遍。

如果安裝的設(shè)備是功能部件，那么主機中關(guān)于該設(shè)備的軟件將因設(shè)備的

連接而被引發(fā)。

2、USB設(shè)備的拆卸

當USB設(shè)備從集線器的端口拆除后，集線器關(guān)閉該端口，并且向主機報

告該設(shè)備已不存在。USB的系統(tǒng)軟件將準確進行處理，如果去除的USB設(shè)

備上集線器，USB的系統(tǒng)軟件將對集線器反連在其上的所有設(shè)備進行處理。

3、總線標號

總線標號就是對連接在總線上的設(shè)備指定唯一的地址的一種動作，因為

USB允許USB設(shè)備在任何時刻從USB上安裝或拆卸，所以總線標號是USB

的系統(tǒng)軟件始終要作的動作，而且總線標號還包括對拆除設(shè)備的檢測和處理。

4、數(shù)據(jù)流種類

數(shù)據(jù)和控制信號在主機和USB設(shè)備間的交換存在兩種通道：單向和雙

向。USB的數(shù)據(jù)傳送是在主機軟件和一個USB設(shè)備的指定端口之間。這種

主機軟件和USB設(shè)備的端口間的聯(lián)系稱作通道。總的來說，各通道之間的數(shù)

據(jù)流動是相互獨立的。一個指定的USB設(shè)備可有許多通道。例如，一個USB

設(shè)備存在一個端口，可建立一個向其它USB設(shè)備的端口，發(fā)送數(shù)據(jù)的通道，

它可建立一個從其它USB設(shè)備的端口接收數(shù)據(jù)的通道。

USB的結(jié)構(gòu)包含四種基本的數(shù)據(jù)傳輸類型：

（1）控制數(shù)據(jù)傳送：在設(shè)備連接時用來對設(shè)備進行設(shè)置，還可對指定設(shè)

備進行控制，如通道控制；

（2）批量數(shù)據(jù)傳送：大批量產(chǎn)生并使用的數(shù)據(jù)，在傳輸約束下，具有很

廣的動態(tài)范圍；

（3）中斷數(shù)據(jù)的傳送：用來描述或匹配人的感覺或?qū)μ卣鞣磻?yīng)的回饋。

（4）同步數(shù)據(jù)的傳送：由預(yù)先確定的傳送延遲來填滿預(yù)定的USB帶寬。

對于任何對定的設(shè)備進行設(shè)置時一種通道只能支持上述一種方式的數(shù)據(jù)

傳輸，數(shù)據(jù)流模式的更多細節(jié)在第四章中詳述。

5、控制數(shù)據(jù)傳送

當USB設(shè)備初次安裝時，USB系統(tǒng)軟件使用控制數(shù)據(jù)對設(shè)備進行設(shè)置,

設(shè)備驅(qū)動程序通過特定的方式使用控制數(shù)據(jù)來傳送，數(shù)據(jù)傳送是無損性的。

6、批量數(shù)據(jù)傳送

批量數(shù)據(jù)是由大量的數(shù)據(jù)組成，如使用打印機和掃描儀時，批量數(shù)據(jù)是

連續(xù)的。在硬件級上可使用錯誤檢測可以保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，并在硬件級

上引入了數(shù)據(jù)的多次傳送,此外根據(jù)其它一些總線動作，被大量數(shù)據(jù)占用的

帶寬可以相應(yīng)的進行改變c

7、中斷數(shù)據(jù)傳輸

中斷數(shù)據(jù)是少量的，且其數(shù)據(jù)延遲時間也是有限范圍的。這種數(shù)據(jù)可由

設(shè)備在任何時刻發(fā)送，并且以不慢于設(shè)備指定的速度在USB上傳送。

中斷數(shù)據(jù)一般由事件通告，特征及座標號組成，只有一個或幾個字節(jié)。

匹配定點設(shè)備的座標即為一例，雖然精確指定的傳輸率不必要，但USB必須

對交互數(shù)據(jù)提供一個反應(yīng)時間的最低界限。

8、同步傳輸

同步數(shù)據(jù)的建立、傳送和使用時是連續(xù)且實時的，同步數(shù)據(jù)是以穩(wěn)定的

速率發(fā)送和接收實時的信息，同步數(shù)據(jù)要使接收者與發(fā)送者保持相同的時間

安排，除了傳輸速率，同步數(shù)據(jù)對傳送延遲非常敏感。所以同步通道的帶寬

的確定，必須滿足對相關(guān)功能部件的取樣特性。不可避免的信號延遲與每個

端口的可用緩沖區(qū)數(shù)有關(guān)°

一個典型的同步數(shù)據(jù)的例子是語音，如果數(shù)據(jù)流的傳送率不能保持，數(shù)

據(jù)流是否丟失將取決于緩沖區(qū)的大小和損壞的程度。即使數(shù)據(jù)在USB硬件上

以合適的速率傳送，軟件造成的傳送延遲將對那些如電話會議等實時系統(tǒng)的

應(yīng)用造成損害。

實時的傳送同步數(shù)據(jù)肯定會發(fā)生潛在瞬時的數(shù)據(jù)流丟失現(xiàn)象，換句話說,

即使許多硬件機制，如重傳的引入也不能避免錯誤的產(chǎn)生。實際應(yīng)用中，USB

的數(shù)據(jù)出錯率小到幾乎可以忽略不計。從USB的帶寬中，給USB同步數(shù)據(jù)

流分配了專有的一部分以滿足所想得到的傳速率，USB還為同步數(shù)據(jù)的傳送

設(shè)計了最少延遲時間。

9、指定USB帶寬

USB的帶寬分配給各個通道，當一個通道建立后，USB就分配給它一定

的帶寬，USB設(shè)備需要提供一些數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。若USB提供了更多帶寬，則

需更多的緩沖區(qū)。USB的體系要保證緩沖引導的硬件的延遲限定在幾亳秒內(nèi)。

USB的帶寬容量可以容納多種不同的數(shù)據(jù)流，因此保證USB上可以連

接大量設(shè)備，如可以容納從1B+D直到T1速率范圍的電信設(shè)備。同時USB

支持在同一時刻不同設(shè)備具有不同比特率，并具有一個動態(tài)變動的范圍。

2.3USB設(shè)備

USB設(shè)備分為諸如集線器、分配器或文本設(shè)備等種類。集線器類指的是

一種提供USB連接點的設(shè)備，USB設(shè)備需要提供自檢和屬性設(shè)置的信息，

USB設(shè)備必須在任何時刻執(zhí)行與所定義的USB設(shè)備的狀態(tài)相一致的動態(tài)。

2.3.1設(shè)備特性

當設(shè)備被連接、編號后，該設(shè)備就擁有一個唯一的USB地址。設(shè)備就是

通過該USB地址被操作的，每一個USB設(shè)備通過一個或多個通道與主機通

訊。所有USB設(shè)備必須在零號端口上有一指定的通道，每個USB設(shè)備的USB

控制通道將與之相連。通過此控制通道，所有的USB設(shè)備都列入一個共同的

準入機制，以獲得控制操作的信息。

在零號端口上，控制通道中的信息應(yīng)完整的描述USB設(shè)備、此類信息主

要有以下幾類：

（1）標準信息：這類信息是對所有USB設(shè)備的共同性的定義，包括一

些如廠商識別、設(shè)備種類、電源管理等的項目。設(shè)備設(shè)置、接口及終端的描

述在此給出。

(2)類別信息：此類信息給出了不同USB的設(shè)備類的定義，主要反映

其不同點。

(3)USB廠商信息：USB設(shè)備的廠商可自由的提供各種有關(guān)信息，其

格式不受該規(guī)范制約。此外，每個USB設(shè)備均提供USB的控制和狀態(tài)信息。

2.3.2設(shè)備描述

主要分為兩種設(shè)備類：集線器和功能部件。只有集線器可以提供更多的

USB的連接點，功能部件為主機提供了具體的功能。

USB設(shè)備可被劃分三層：

(1)底層是傳送和接收數(shù)據(jù)包的總線接口；

(2)中間層處理總線接口與不同端點之間的數(shù)據(jù)路由端節(jié)點是數(shù)據(jù)的終

結(jié)提供處或使用處，它可被看作數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)接收端(Sink)；

(3)最上層的功能由串行總線設(shè)備提供，比如鼠標，或ISDN接口。

2.3.3設(shè)備狀態(tài)

USB設(shè)備有若干可能的狀態(tài)，其中一些對于USB與主機(host)來說是

外置的，而另外一些對USB設(shè)備來說是內(nèi)置的。

(1)連接狀態(tài)

USB設(shè)備可被連接到USB接口上或從接口斷開。

(2)加電狀態(tài)

USB設(shè)備的電源可來自外部電源，也可從USB接口的集線器而來。電

源來自外部電源的USB設(shè)備被稱作自給電源式的(self-powered),＞盡管自給

電源式的USB設(shè)備可能在連接上USB接口以前可能已經(jīng)帶電，但它們直到

連線上USB接n后才能被看作是加電狀態(tài)(Poweredstate)o而這時候VBUS

已經(jīng)對設(shè)備產(chǎn)生作用了。

一個設(shè)備可能有既支持自給電源的，同時也支持總線電源式的配置。有

一些支持其中的一種，而另一些設(shè)備配置可能只有在自給電源下才能被使用。

設(shè)備對電源支持的能力是通過配置描述表(configurationdescriptor)來反映

的。當前的電源供給形式被作為設(shè)備狀態(tài)的一部分被反映出來。設(shè)備可在任

何時候改變它們的供電來源，比如說：從自給式向總線式改變，如果一個配

置同時支持兩種模式，那此狀態(tài)的最大電源需求就是指設(shè)備在兩種模式下從

VBUS上獲取電能的最大值。設(shè)備必須以此最大電源作為參照，而究竟處于

何狀態(tài)是不考慮的。如果有一配置僅支持一種電源模式，那么電源模式的改

變會使得設(shè)備失去當前配置與地址，返回加電狀態(tài)。如果一個設(shè)備是自給電

源式，并且當前配置需要大于100mA電流，那么如果此設(shè)備轉(zhuǎn)到了總線電源

式，它必須返回地址狀態(tài)(Addressslate)。自給電源式集線器使用VBUS來

為集線控制器(Hubcontroller)提供電源，因而可以仍然保持配置狀態(tài)

(Configuredstate),盡管自給電源停止提供電源。

(3)缺省狀態(tài)

設(shè)備加電以后，在它從總線接收到復(fù)位信號之前不應(yīng)對總線傳輸發(fā)生響

應(yīng)。在接收到復(fù)位信號之后，設(shè)備才在缺省地址處變得可尋址。

(4)地址狀態(tài)

所有的USB設(shè)備在加電復(fù)位以后都使用缺省地址。每一設(shè)備在連接或復(fù)

位后由主機分配一個唯一的地址。當USB設(shè)備處于掛起狀態(tài)時，它保持這個

地址不變。

USB設(shè)備只對缺省通道(Pipe)請求發(fā)生響應(yīng)，而不管設(shè)備是否已經(jīng)被

分配地址或在使用缺省地址。

(5)中止狀態(tài)

為節(jié)省電源，USB設(shè)備在探測不到總線傳輸時自動進入中止狀態(tài)。當中

止時，USB設(shè)備保持本身的內(nèi)部狀態(tài)，包括它的地力二及配置。

所有的設(shè)備在一段特定的時間內(nèi)探測不到總線活動時必須進入中止態(tài)。

不管設(shè)備是被分配了非缺省的地址或者是被配置了，已經(jīng)連接的設(shè)備必須在

任何加電的時刻隨時準備中止?？偩€活動的中止可能是因為主機本身進入了

中止狀態(tài)。另外，USB設(shè)備必須在所連接的集線器端口失效時進入中止態(tài)。

這就是所指的選擇性中止(Selectivesuspend)?

USD設(shè)備在總線活動來到時結(jié)束中止態(tài)。USB設(shè)備也可以遠程喚醒的電

流信號來請求主機退出中止態(tài)或選擇性中止態(tài)。具體設(shè)備具有的遠程喚醒的

能力是可選的，也就是說，如果一個設(shè)備有遠程喚醒的能力，此設(shè)備必須能

讓主機控制此能力的有效與否。當設(shè)備復(fù)位時，遠程喚醒能力必須被禁止。

2.4BusEnumeration總線標號

當USB設(shè)備接上或從USB設(shè)備移開的時候，主機啟動一個被稱作總線

標識(busenumeration)的進程，來標識并管理設(shè)備狀態(tài)的改變，當USB設(shè)

備接上一個加電端口時，系統(tǒng)當采取以下操作：

(1)USB設(shè)備所連的集線器通過其通向主機的狀態(tài)改變通道向主機，

匯報本USB設(shè)備已連接上。此時，USB設(shè)備處于加電狀態(tài)，它所連接的端

口是無效的。

(2)主機通過尋問集線器決定此次狀態(tài)改變的確切含義。

(3)主機一旦得知新設(shè)備已連上以后，它至少等待100ms以使得插入

操作的完成以及設(shè)備電源穩(wěn)定工作。然后主機發(fā)出端口使能及復(fù)位命令給那

個端口。

(4)集線器將發(fā)向端口的復(fù)位信號持續(xù)10ms當復(fù)位信號撤消后，端口

已經(jīng)有效了。這時USB設(shè)備處于缺省狀態(tài)，并且可從VBUS汲取小于100mA

的電能，所有設(shè)備寄存器及狀態(tài)已經(jīng)被復(fù)位，設(shè)備可對缺省地址產(chǎn)生響應(yīng)。

(5)主機給設(shè)備分配一個唯一的地址，設(shè)備轉(zhuǎn)向編址狀態(tài)。(Address

state)o

(6)在USB設(shè)備接受設(shè)備地址之前，它的缺省控制通道(DefaultControl

Pipe)在缺省地址處自然是可尋址的，主機通過讀取設(shè)備描述表，判決設(shè)備

缺省通道的實際凈數(shù)據(jù)負載。

（7）主機從設(shè)備讀取配置信息要從配置。讀到配置n-1,其中n為配置

個數(shù)，此操作須花費幾個毫秒。

（8）基于從設(shè)備取來的配置信息及設(shè)備如何被使用的信息，主機給設(shè)備

一個配置值，此刻，設(shè)備就處于配置狀態(tài)（Configuredstate）并此配置有關(guān)

的所有端節(jié)點，都按照配置各就各位，USB設(shè)備現(xiàn)在可以從VBUS得到描述

中所要求的電量了。從設(shè)備的角度來講，它已經(jīng)準備就緒了。

當UBS設(shè)備被取走時，集線器同樣會通知主機，斷開一個設(shè)備連接會使

得設(shè)備所連接的端口無效，一收到斷開通知后，主機就會更新的拓撲信息。

2.5通用USB設(shè)備操作

1、動態(tài)插接與拔開

USB設(shè)備必須在任意時刻允許被插接與拔開。提供連接點或端口的集線

器應(yīng)當負責匯報端口的狀態(tài)改變情況。

當主機探測到連接操作后，會使得所連的集線器端口生效，設(shè)備也會因

此而復(fù)位，一個被復(fù)位了的USB設(shè)備有如下特性：

（1）對缺省USB地址發(fā)生響應(yīng)；

（2）沒有被配置；

（3）初始狀態(tài)不是掛起。

當設(shè)備從一個集線器端口移去時，集線器會使得原來連接的端口失效，

并且通知主機設(shè)備已移去C

2、地址分配

當USB設(shè)備連接以后，由主機負責給此設(shè)備分配一個唯一的地址，這個

操作是在設(shè)備復(fù)位及端口使能操作以后。

3、配置

USB設(shè)備在正常被使用以前，必須被配置，由主機負責配置設(shè)備。主機

一般會從USB設(shè)備獲取配置信息后再準定此設(shè)備有哪些功能。

作為配置操作的一部分，主機會設(shè)置設(shè)備的配置值，并且，如果必要的

話會選擇合適的接口的備選設(shè)置。

只須一個簡單配置，一個設(shè)備可能支持多重接口。一個接口是一組端結(jié)

點集合，它們代表了設(shè)備向主機提供的單一的功能或特性，用來與這組相關(guān)

端結(jié)點通信的協(xié)議以及接口內(nèi)各端結(jié)點的目的可以作為一個設(shè)備類的一部分

或者由廠商制定具體定義°

另外，一個配置中的接口可能有備選設(shè)置。這些備選設(shè)置會重定義相關(guān)

端結(jié)點的數(shù)目或特性。如果是這樣的話，設(shè)備必須支持Getlnterface(接口請

求)與SeiInterface(接口設(shè)置)請求，來匯報及選擇指定的接口的設(shè)備選設(shè)

置。

在每個設(shè)備配置下，每個接口描述表可能包括用來標識接口的及備選設(shè)

置的域，接口被從0?N-1編號。n為配置所支持的能同時使用的接口數(shù)目，

類似的設(shè)置的編號也從0開始。當設(shè)備初始化配置后，缺省設(shè)置是備選設(shè)置

Oo

了支持通用的設(shè)備驅(qū)動程序管理一組相關(guān)的BUS設(shè)備，設(shè)備與接口描述

表中包含了類(Class),子類(Subclass),及協(xié)議(Protocol)域。這些域用

來標識一個設(shè)備的功能及用于通信的協(xié)議。

一個類值被分配給一組按照特性劃分成USB類說明一部分的設(shè)備。一個

類的設(shè)備可進一步劃分成子類，并且在一個類或子類中，一個協(xié)議代值可定

義主機軟件是怎樣與設(shè)備通信的。

4、數(shù)據(jù)傳送

數(shù)據(jù)可能以四種方式在USB設(shè)備端結(jié)點與主機之間傳送。在不同設(shè)置

下，一個終端結(jié)點可能被用于不同的傳輸方式，但一旦設(shè)置選定，傳送方式

就選定了。

5、復(fù)位/繼續(xù)及恢復(fù)時間

當一個端口被復(fù)位或從中止態(tài)繼續(xù)的時候，USB系統(tǒng)軟件應(yīng)當?shù)却粋€

10ms的恢復(fù)時間才能確保端口對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生響應(yīng)。

一旦恢復(fù)時間段結(jié)束(從resei信號結(jié)束，或resume信號結(jié)尾的EOP結(jié)

束開始計時)設(shè)備必須在任意時刻都能對數(shù)據(jù)傳輸作出響應(yīng)。

6、設(shè)置地址的處理

在reset/resume恢復(fù)時間段以后，如果設(shè)備收到SeiAddress。請求，設(shè)備

必須能在50ms內(nèi)完成請求的處理，并完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在SetAddressO的請

求下，當設(shè)備發(fā)出0長度的狀態(tài)數(shù)據(jù)包或設(shè)備收到狀態(tài)數(shù)據(jù)包的響應(yīng)信號

ACK就表明狀態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)束了。

在狀態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，設(shè)備有2ms的SetAddressO恢復(fù)時間。在這段時間

結(jié)束以后，設(shè)備必須能在新地址處接受Setup數(shù)據(jù)包，并且，必須確保此時

設(shè)備不對舊地址的信號產(chǎn)生響應(yīng)。

7、請求錯誤

如果一設(shè)備收到一個請求，它或是在設(shè)備中無定義，或是不適用于當前

設(shè)置，或是數(shù)值不對，這時就會產(chǎn)生一個請求錯誤。設(shè)備在下一個數(shù)據(jù)傳輸

階段或狀態(tài)交換階段(Statusstage)返回一個表明錯誤的STALLPID信號，

一般在下一個數(shù)據(jù)傳輸返回更好，這樣可減少不必要的總線活動。

2.6USB主機

USB的互連支持數(shù)據(jù)在USB主機與USB設(shè)備之間的流動。為了簡化主

機上的客戶軟件(Softwareclient)與設(shè)備的功能部件(function)之間的通信

而必須的主機接口(hostinterface)o只要USB設(shè)備并不感覺到主機行為的改

變,USB主機完全可以提供一個不同的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)方法。圖2.2展示了USB

通信模型之間基本的信息流與互連關(guān)系：

<=>邏輯的信息流-----?實際的信息流

圖2.2通信模型層次關(guān)系圖

由圖2.2可見，主機與設(shè)備都被劃分成不同的層次。主機上垂直的箭頭

是實際的信息流。設(shè)備上對應(yīng)的接口是基于不同實現(xiàn)的。在主機與設(shè)備之間

的所有通信最終都是通過USB的電纜進行，然而，在上層的水平層之間存在

邏輯的主機一設(shè)備信息流c主機上的客戶軟件和設(shè)備功能部件之間的通信是

基于實際的應(yīng)用需求及設(shè)備所能提供的能力。

客戶軟件與功能部件之間的透明通信的要求，決定主機和設(shè)備下層部件

的功能以及它們的界面(interface)。

主機在整個USB系統(tǒng)中是唯一的,它包括USB總線接口、USB系統(tǒng)(USB

System)sUSB客戶(Client)?

其中，USB總線接口處理電氣及協(xié)議層的互連。從互連的角度看，USB

設(shè)備和USB主機都提供類似的USB總線接口，如串行接口引擎(Serial

InterfaceEngineSIE)O由于主機在USB系統(tǒng)中的特殊性，USB主機上的總線

接口還必須具備主機控制器的功能(HostController),主機控制器具有一個

內(nèi)集成的集線器(根集線器)提供與USB電纜的連接。

USB系統(tǒng)(USBSystem)使用主機控制器來管理主機與USB設(shè)備的數(shù)

據(jù)傳輸。USB系統(tǒng)與主機控制器之間的界面基于主機控制器的硬件特性。USB

系統(tǒng)層相對于主機控制器而言，處理的是以客戶觀點見到的數(shù)據(jù)傳輸及客戶

與設(shè)備的交互。這包括附加的USB信息，比如協(xié)議頭(ProtocolWrappers)。

USB系統(tǒng)還必須管理USB的系統(tǒng)資源，以使得客戶的訪問成為可能。

USB系統(tǒng)有三個主要組成部份：主機控制器驅(qū)動(HoslController

Driver)>USB驅(qū)動(USBDriver)和主機軟件(hostsoftware)。

主機控制器驅(qū)動的存在，方便地將各種不同的主機控制器實現(xiàn)映射到

USB系統(tǒng)，客戶可以不必知道設(shè)備到底接在哪個主機控制器上就能同設(shè)備進

行通信。USB驅(qū)動提供了基本的面向客戶的主機界面。在HCD與USB之間

的接口稱為主機控制器驅(qū)動接口(HostControllerDriverInterfaceHCD1)。這

層接口不能被客戶直接訪問，所以也不是由USB具體來完成的。一個典型的

HCDI是由支撐各種不同主機控制器的操作系統(tǒng)來定義的。

USBD提供I/O請求包(I/ORequestPackets)形式的數(shù)據(jù)傳輸，以某一

特定通道來傳輸數(shù)據(jù)。另外，USBD為它的客戶提供一個容易被支配及配置

的抽象的設(shè)備。作為這種抽象的一部份，USBD擁有標準通道對設(shè)備進行一

些標準的控制。這標準通道實現(xiàn)了USBD與抽象設(shè)備之間的邏輯通信。

在有些操作系統(tǒng)中，提供了額外的非USB系統(tǒng)軟件以支持設(shè)備的配置及

設(shè)備驅(qū)動程序的加載。在這樣的操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)使用提供的主

機軟件接口而不是直接訪問USBDL

客戶層描述的是直接與USB設(shè)備進行交互所需要的軟件包。當所有的設(shè)

備都已連上系統(tǒng)時，這些客戶就可以直接通設(shè)備進行通信。一個客戶不能直

接訪問設(shè)備的硬件。主機可提供如下的功能：

(1)檢測USB設(shè)備的連接與斷開；

(2)管理主機與設(shè)備之間的標準控制流；

(3)管理主機與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流；

(4)收集狀態(tài)及一些活動的統(tǒng)計數(shù)字。

控制主機控制器與USB設(shè)備的電氣接口，包括提供有限的能源。所有的

集線器都通過狀態(tài)改變通道報告它的狀態(tài)的改變，其中包括設(shè)備的連上與斷

開等。USBD的一類特殊客戶即：集線器驅(qū)動器擁有這些狀態(tài)改變通道，接

收這些狀態(tài)的改變。對于像設(shè)備連結(jié)這種狀態(tài)改變，集線器驅(qū)動器將加載設(shè)

備的驅(qū)動程序。在有些系統(tǒng)中，這種集線器驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)提供的主機

軟件的一部份，它用來管理設(shè)備。

2.7USB分組標識

USB的分組標識(PID)用來標識操作的屬性，PID指出了數(shù)據(jù)分組的

類型，并可由此推斷出分組格式和改組所用的校驗方法。USB的通信結(jié)構(gòu)一

般是以PID開始的，后面緊跟著數(shù)據(jù)或控制信息，最后是CRC校驗。

PID是由一個四位的分組類型碼加上該四位類型碼的反碼組成，其格式

如圖2.3所示：

LSBMSB

PED0PID1PID2PID3FIDOPID3PID2PID3

圖2.3PID分組碼格式

2.8USB的數(shù)據(jù)流包格式

USB的數(shù)據(jù)流以包的形式進行傳輸，根據(jù)PID的不同，將包分為四種，

令牌包(TokenPackage),數(shù)據(jù)包(DataPackage),握手包(HandshakePackage),

和特殊類型包(SpecialPackage)o

2.8.1令牌包

如圖2.4所示為令牌包的格式。它由PID字段，ADDR(Address地址)字

段，ENDP(Endpoint,端點)字段和CRC(cyclicRedundancyCheck,循環(huán)冗

余校驗)，字段構(gòu)成。PID包指定了包是輸入輸出還是建立類型，對于輸出和

建立事務(wù)，地址和端點字段唯一確定了哪個設(shè)備和端點接受數(shù)據(jù)包。對于輸

入事務(wù)，這些字段唯一確定了哪個端點應(yīng)該傳輸數(shù)捱包。只有主機能發(fā)出標

記包。輸入PID定義了從外設(shè)到主機的數(shù)據(jù)時務(wù)。格式如圖2.4所示：

8bit7bit4bit5bit

PIDADDRENDPCRC5

圖2.4令牌包格式

2.8.2數(shù)據(jù)包

數(shù)據(jù)包由PID,大于或等于0個字節(jié)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)和CRC構(gòu)成。有兩種

類型的數(shù)據(jù)包，其中PID分別為DATAO和DATA1。這兩種數(shù)據(jù)包是為了支持

數(shù)據(jù)切換同步(DATAToggleSynchronization)而定義的。格式如圖2.5所示:

圖2.5數(shù)據(jù)包格式

2.8.3握手包

握手包僅由PID構(gòu)成。握手包用來報告數(shù)據(jù)事務(wù)的狀態(tài)，能表示數(shù)據(jù)成

功接受，命令的接受或拒絕，流控制和終止條件。如圖2.6所示：

圖2.6握手包格式

2.8.4特殊包

這個特殊前導(SpecialPreamble)封包擁有獨自的PID類型名稱PRE,僅

用于主機想要從高速傳輸變成低速傳輸時，主機在想要送出低速的封包與低

速設(shè)備通信之前，先送出的PRE包，其格式如圖2.7所示：

圖2.7握手包格式

2.9本章小結(jié)

在本章中，重點研究與本文內(nèi)容相關(guān)的USB1.0協(xié)議以及USB通信傳誦數(shù)

據(jù)包內(nèi)容，包括拓撲結(jié)構(gòu)、USB接口特性、編碼方式與傳輸出類型、數(shù)據(jù)域

及數(shù)據(jù)封包格式以及時數(shù)據(jù)格式等內(nèi)容。它們是開發(fā)USB設(shè)備，完成與上位

機軟件通信的必要基礎(chǔ)。

第3章USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)

3.1USB驅(qū)動程序簡介

在Windows環(huán)境下，不允許用戶在應(yīng)用程序中直接訪問硬件設(shè)備，應(yīng)用

程序必須通過一個中間橋梁才能訪問硬件設(shè)備，這個中間橋梁就是設(shè)備驅(qū)動

程序。

驅(qū)動程序是一個軟件，是連接應(yīng)用程序、硬件以及操作系統(tǒng)的橋梁，裝

入后成為操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分I%USB設(shè)備驅(qū)動程序為WDM模型，WDM

引入了功能設(shè)備對象FDO和物理設(shè)備對象PDO兩個新類來描述對象，一個

真實硬件只能有一個PDO,但可以有多個FDO,在驅(qū)動程序中直接操作的是

硬件的PDO和FDO叫WDM是通過設(shè)備的全局唯一標識符GUID來識別硬

件設(shè)備。選取合適的開發(fā)工具后就可以根據(jù)實際情況編寫USB設(shè)備驅(qū)動程

序，然后還要編寫和驅(qū)動程序通信的應(yīng)用程序。USB設(shè)備與PC機之間的通

信，除了讀寫數(shù)據(jù)外還有很多種類型，但讀寫數(shù)據(jù)是最基本的。所以把主要

研究問題放在對USB接口的讀與寫方面。

在這里應(yīng)用DriverSludio軟件來編寫驅(qū)動程序，DriverStudio把那些每個

驅(qū)動程序都需要的代碼都封裝成類庫。庫代碼自動地處理例行的操作，這極

大地簡小了任務(wù)的復(fù)雜度c而且,C++編譯器提供了ANSIC所不具備的優(yōu)點:

包括改進的類型安全檢查，內(nèi)連函數(shù)優(yōu)化，以及更好的代碼組織。

DriverWizard------DriverWorks的代碼向?qū)?，與微軟的VisualC++緊密的

集成。超過1500行的驅(qū)動程序源代碼框架只需幾次鼠標點擊就可完成。這些

代碼還包含了詳細的注釋,另外，DriverWizard還能生成專為特殊設(shè)備定制

的代碼，比如：USB設(shè)備，PCI設(shè)備，即插即用設(shè)備，ISA設(shè)備，等等。

3.2USB驅(qū)動程序的開發(fā)過程

下面為用DriverStudio開發(fā)一個USB驅(qū)動程序的過程。寫這個驅(qū)動程序

只要用到DriverWorks161o

首先打開VC++6.0軟件?在菜單中選擇DriverStudio選項中的DrivcrWorks

則會出現(xiàn)如圖的對話框（圖3.1）。

NewPiujeulType

StartaNewDriverPr*d…CreatesanewDeviceDriverProject

RecentProjectsLastModified

LoadProjectSettings..LoadsDrivetWizardsettingsfrompreviouslygeneratedproject

圖3.1建立新工程

選擇其中的StartaNewDriverProject選項，創(chuàng)建一個新工程。（圖3.2）

圖3.2設(shè)置工程名稱及保存位置

在這里，將這個工程稱為：ForUsb,所在的目錄為E:\我的文檔'畢業(yè)設(shè)計

\drivero然后單擊按鈕“Next”。

圖3.3選擇工程類型

在（圖3.3）這個對話框中，需要選擇驅(qū)動程序的類型。由于USB設(shè)備驅(qū)

動程序是WDM類型的，所以選擇第一項，并在下邊選擇DriverworksC++

語言框架點擊按鈕“Next”。

圖3.4選擇驅(qū)動程序的類型

圖3.4對話框為選擇類型，由于的USB設(shè)備驅(qū)動是要控制的硬件設(shè)備的,

所以我們選擇第一項，單擊“Next”。

圖3.5設(shè)置設(shè)備的總線

在圖3.5的對話框中,選擇的驅(qū)動程序所操作的總線類型。這里選擇USB。

在USBVendorID和USBProductID中填入USB設(shè)備的VID和PID。USB

設(shè)備的VID和PID分別是16講制的0471和()677。點擊“Next”。

點擊對話框中的，可以選擇電腦中連接的USB設(shè)備。在這里可以找到要

識別的USB實驗板，可以點擊select來選擇這個硬件。

在接下來的對話框中，需要加入Endpointl和Endpoint2的定義。由于在

USB中規(guī)定EndpointO是必須存在的，所以不需要對EndpoinlO進行定義.點

“Add”按鈕，彈出一個的對話框，設(shè)置好如圖所示，其中，按照USB的規(guī)

定，對于端點，它的地址是1;按照前面說明的設(shè)備的特點，Endpointl的最

大的包大小為16字節(jié)，因此在“MaxTranserSize”中填入16；EndpointName

可以通過"SuggestName”得到。按照這些原則，繼續(xù)設(shè)置其他的配置，接

下來繼續(xù)按“Next”按鈕。

圖3.6添加輸入與輸出信息

PipeName:|PipeO

EndpointType:|Bulk

EndpointAddre$s(1-15):I5

TransferDirection:IIn,d

MaximumPacketSize:困

MaximumTransferSize(perURB):|4。96

□K|CancelI

圖3.7設(shè)置接口信息

在對話框中，因為不需要給其他的驅(qū)動程序提供接口，也不需要提供

Flush功能，所以不需要任何修改，直接按“Next”按鈕。

HelpBackNextFinishICancel

圖3.8設(shè)置對其他設(shè)備的接口

如圖3.9所示的對話框中，是給驅(qū)動程序增加一些IOCTL接口。如利用

IOCTL來控制USB設(shè)備的LED燈、數(shù)碼管顯示等功能的接口。然后點擊

“Next”按鈕。

圖3.9設(shè)置驅(qū)動的接口

在如圖的對話框中，不需要創(chuàng)建任何注冊表項，所以直接按“Next”按

鈕。

圖3.10創(chuàng)建注冊表選項

接下來為電源設(shè)置，由于USB實驗板不能自行供電，只能靠USB傳輸

線供電。所以選擇第1項,按“Next”按鈕。

圖3.11電源設(shè)置

下圖為設(shè)置本驅(qū)動程序的提供商，廠商的名字及設(shè)備描述，服務(wù)描述等。

按“Next”按鈕。

圖3.12驅(qū)動程序的各個信息

附加選項，直接點“Next”按鈕。

圖3.13附加選項

圖3.14確認框圖

最后得到確認框圖，確認無誤后選擇"Finish”完成了USB設(shè)備的驅(qū)動

程序的初步設(shè)置。

3.3本章小結(jié)

DriverStudio軟件可以快速地產(chǎn)生一個驅(qū)動程序。即使是寫一個比較復(fù)雜

的USB驅(qū)動程序，只要專注于自己的特定應(yīng)用就可以了。

所以Windows環(huán)境下開發(fā)USB應(yīng)用程序可以歸結(jié)如下：在應(yīng)用程序可以

開始與HID交換數(shù)據(jù)前，應(yīng)用程序必須先識別該設(shè)備并且讀取它的報表信息,

這些動作需要調(diào)用一堆AP［函數(shù)。應(yīng)用程序首先需要尋找連接到系統(tǒng)上的是

哪些HID設(shè)備，然后檢驗每個信息直到找到所需的屬性。如果是客戶化的設(shè)

備，應(yīng)用程序可以尋找特定的廠商與產(chǎn)品ID?；蛘邞?yīng)用程序可以尋找特定類

型的設(shè)備。

第4章上位機界面

4.1上位機顯示界面

為了簡單適用，在創(chuàng)建工程時采用基于對話框的類型。

首先打開VisualC++軟件，選擇新建，在彈出的對話框中選擇工程中的

MFCAppWizard(cxc)工程名為MFCApp,找到放置文件的位置后點擊確定

按鈕，進入MFCAppWizardo

在MFCAppWizard應(yīng)用程序向?qū)У?步中，選擇程序類型為對話框類型,

之后單擊確定按鈕，彈出新建工程信息窗口，如果檢查完全正確后，單擊確

定按鈕生成應(yīng)用程序所需的全部文件。

通過上述操作邊生成了基于對話框的工程MFCApp⑺。首先在對話框中

把原來的項目都刪除，右鍵單擊對話框選擇屬性，把標題改為USB實驗板。

在控件欄中，選擇相應(yīng)控件添加到對話框中，對其進行編輯代碼，就可以通

過對控件的操作來完成對程序的調(diào)用。

下面分別介紹各個控件完成的功能，并對控件內(nèi)的代碼進行描述與分析。

4.2LED流水燈

圖4.1LED流水燈

1、預(yù)計完成的功能

當用鼠標點擊LED框內(nèi)的相應(yīng)按鈕時，在USB實驗板相應(yīng)位置上的流

水燈會有亮滅的交替變化，如：當所有的流水燈都為滅的狀態(tài)時，點擊LEDO

按鈕，流水燈1會變亮，再點擊此按鈕，燈1會變滅。點擊其他按鈕，相應(yīng)

的流水燈會有亮與滅的變化。界面顯示如圖4.1。

2、完成功能編寫的程序

voidCMFCAppDlg::OnLed()()

(

if(led&OxOl)

led&=Oxfe;//led=led&Oxfe

else

led|=0x01;

OnLed();

)

3、完成功能的思想

在程序中事先定義了全局字符型變量led,在控件選項中選擇按鈕控件，

首先添加8個按鈕控件到到對話框中，把每個控件的屬性名改為規(guī)定的LEDO

到LED7。每個按鈕控件分別控制8位流水燈的亮和滅。然后打開ClassWizard

在CMFCAPPDlg類中，止于按鍵的單擊屬于通告消息，在objeclIDs中選擇

按鈕的ID號IDC_BUTTON1所以選擇BN.CLICKED,增加函數(shù)在彈出的對

話框中添加OnLedO,編輯代碼。在括號中，添加程序來完成對相應(yīng)按鈕的操

作。其他按鈕的內(nèi)容同以上對按鈕LEDO的操作。

例如，當單擊LEDO按鈕時，就調(diào)用OnLedO這個函數(shù)的內(nèi)容，這個函

數(shù)的功能就是要改變當前燈的狀態(tài)。Icd&OxOl的意思是led的值與16進制數(shù)

0x01按位求與，就是取最后一位的值，這里用到了if語句，如果為1就執(zhí)行

led&=Oxfe,為0就執(zhí)行l(wèi)ed|=0x01oled&=Oxfe的與led=led&Oxfe是相等的,

意思是把原來led中的值與OxFE按位求與之后再賦給變量led,同理led|=0x01

的意思就是把led的值與0x01按位取或之后再賦給led⑻。所以，當led最后

一位原來為1,執(zhí)行過這個函數(shù)后最后一位變?yōu)?,當led最后一位為0時執(zhí)

行過這個函數(shù)最后一位變?yōu)榱?o之后執(zhí)行OnLcd()這個函數(shù)，OnLcd()函數(shù)

即為控制USB實驗板上LED流水燈的語句。OnLedO。只對led最后一位進行

操作，OnLcdl。至OnLed7()對其它7位進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。

voidCMFCAppDlg::OnLed()

(

charbuffl16];

charbufOutput[16];

ULONGnOutput;

buffI0]=0x01;

buff[l]=led;

if(!DeviceIoControI(hDevice,

FORUSB_IOCTL_Write,

buff,

16,

bufOutput,

0,

&nOutpuU

NULL)

)

(

m_Mes="ERROR:DeviceloControlreturns

UpdatcData(FALSE);

)

)

在OnLed()函數(shù)中，首先創(chuàng)建了2個16位的字符數(shù)組bufT[16]和

bufOutput[16],前邊的為向USB驗板發(fā)送的數(shù)據(jù)，后邊的為從USB設(shè)備接

受的信息。還有1個無符號的長整型變量nOutput,把向?qū)嶒灠灏l(fā)送數(shù)據(jù)的第

一位表示為元件的名稱，從第2位開始為具體的傳輸內(nèi)容，控制相應(yīng)的元件

完成其功能。這里16位字符數(shù)組的第1位為1,即表示控制LED流水燈，

當USB實驗板接受到這樣的16位字符數(shù)組的時候先檢查第1位的數(shù)字，就

知道是要連接到相應(yīng)的設(shè)備來完成響應(yīng)的功能，第2位為變量led即為控制

流水燈的程序。來完成流水燈相應(yīng)的功能。否則如果連接不成功，則在狀態(tài)

顯示編輯框中顯示ERROR:DeviceloControlreturns0

4.3矩陣鍵盤顯示

圖4.2矩陣鍵盤

1、預(yù)計完成的功能

用鼠標點擊矩陣鍵盤中的按鈕，把16個矩陣鍵盤分別定義為16個數(shù)，

在USB實驗板數(shù)碼管上會有相應(yīng)的十六進制數(shù)顯示。如點swO按鈕時數(shù)碼管

會顯示0,點swl5按鈕數(shù)碼管會顯示F。界面顯示如圖4.2。

2、完成功能需要編寫的程序

voidCMFCAppDlg::OnswO()

(

sw=0;

Onsw();

)

3、完成功能的思想

首先創(chuàng)建16個按鈕控件，分別把各個按鈕的屬性標題標注為swO到

swl5,然后打開ClassWizard在CMFCAPPDlg類中，按鈕的單擊屬于通告

消息，所以選擇swO的ID號-IDC_BUTTON1(),在右邊的Messages選項中選

擇BN_CLICKED,選擇增加函數(shù)在彈出的對話框中輸入函數(shù)名OnswO,編輯

代碼。在括號中，可以添加相應(yīng)的程序來完成對按鈕的操作⑼。對于swl到

swl5這些按鈕，如同swO按鈕的方法相同。

舉swO這個按鈕為例，當點擊swO按鈕時，程序會自動調(diào)用OnswO這個

函數(shù)，這個函數(shù)首先把0賦值給了字符變量sw,然后執(zhí)行Onsw()這個函數(shù)。

當然在程序中需要首先定義字符變量sw,否則程序無法識別swO,會出現(xiàn)錯

誤。

voidCMFCAppDlg::Onsw()

(

charbuff116];

charbufOutput[16J;//Outputfromdevice

ULONGnOutput;

buffI0|=0x02;

buff[l]=sw;

if(!DeviceIoControl(hDevice,

FORUSBJOCTL.Write,

buff,

16,

bufOutput,

0,

&nOutput,

NULL)

)

{

m_Mes="ERROR:DeviceloControlreturns

Upd