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Micro Framework USB Driver開發

阿新 • • 發佈：2018-11-15

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為Micro Framework開發USB驅動也有一段時間了，隨著開發的深入，對USB理解也漸漸清晰起來。

從系統架構上來說為Micro Framework開發USB驅動有三個層面的工作。一是針對

USB晶片的驅動移植（很多ARM CPU都集成了USB功能），實現MF的HAL層要求的USB介面；二是開發PC平臺上針對MF裝置的USB驅動；三是編寫應用程式（非Micro Framework應用程式），通過USB介面直接和MF裝置通訊（這個工作是我加的，其實完成前兩步工作，就已經使MFDeploy和VS2008和裝置正常通訊了）。

下面我針對這三個層面，詳細說一下我的開發工作。

一、USB驅動移植

這一步是最難的，特別是對USB沒有任何瞭解的人來說。Micro Farmework的USB開發介面如下（含HAL層和PAL層的介面，其中PAL層的程式碼已經提供，不需要任何程式設計）。

1

、CPU_USB_GetInterruptState Function

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

2、CPU_USB_Initialize Function

Initializes the client module at the driver layer.

3、CPU_USB_ProtectPins Function

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

4

、CPU_USB_RxEnable Function

Enables a specified USB port to receive data.

5、CPU_USB_StartOutput Function

Begins sending output to a specified USB port.

6、CPU_USB_Uninitialize Function

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

7、USB_ClearEvent Function

Clears one or more USB events.

8、USB_Flush Function

Flushes the buffers associated with USB ports.

9、USB_GetEvent Function

Gets the state of a USB event.

10、USB_Initialize Function

Initializes the USB subsystem.

11、USB_Read Function

Reads a block of data from a USB port.

12、USB_SetEvent Function

Sets the state of a USB event.

13、USB_Uninitialize Function

Initializes the USB subsystem.

14、USB_Write Function

Writes a block of data to a USB port.

其實介面什麼樣都無所謂，關鍵是首先你要讓USB裝置能work，讓PC機能識別你的裝置，USB開發的里程碑有三個，一是讓PC機發現未知裝置，二是讓PC機識別USB裝置，三是正確安裝USB驅動（當然要能正常工作）。

1、第一步讓USB識別你的裝置，這一步可以說是最難，也可以說是最容易的一步，說它最難是因為這一步和硬體的正常工作非常相關，如果硬體工作不正常或USB介面有物理故障，這一步都很難通過，所以在開發USB驅動之前，一定確保硬體裝置的USB能正常工作（比如在linux或Wince環境下能正常工作）。說它容易是因為僅需要正確配置一兩個暫存器，不需要什麼程式設計就能實現這一步。這個過程不需要了解太多的USB相關知識，只需要精讀該晶片的英文技術文件即可。

2、第二步讓PC機識別你的USB裝置，這一步是最關鍵的一步，也是需要大量USB知識的一步。這一步僅需要實現USB的端點0（稱控制端點或預設端點）相關的功能即可。

如果沒有USB基礎的人，這一步必須要充電，必須要知道USB相關協議規範，否則你就會寸步難行。我這裡推薦一下兩個人的blog，一個是大名鼎鼎的USB研究專家圈圈，寫的關於USB的文章都非常透徹，相關連結（http://group.ednchina.com/93/240.aspx ）；另一個是蔡軍生的關於USB的文章，寫的也非常好，對開發很有幫助（http://blog.csdn.net/caimouse/archive/2007/03/24/1539835.aspx ）。其次我推薦，如果大家有條件就要購買一本週立功編著的《USB 2.0與OTG規範及開發指南》，這可以說是一本USB2.0英文協議文件的翻譯版，不過翻譯的還不錯（網上也流傳了不少USB2.0中文協議文件，不過有些差強人意），可以相對比較準確地理解USB術語。對我來說，還是比較習慣讀書的，在電腦上看大篇大篇的技術文件很容易看了後面忘了前面的。

這一步其實就是PC機對USB裝置的盤查工作，有點類似公安局審犯人，如你是誰？什麼背景？有什麼能力等等。其中最關鍵的要問到USB裝置的PID和VID，問到這一個才能安裝相對應的驅動程式，當然獲得相關的介面和端點配置也是非常重要的。詳細的資訊互動，這一步我就不多說了，協議上都說的非常清楚。這一步要說一點，就是設定地址這個環節最容易出錯，PC機分配的地址收到後，一定要等返回相關ACK響應後，再修改裝置的USB裝置地址，否則很容易出問題。

這裡推薦一下北航frank的文章《USB專案技術報告》，這個環節寫的很清楚。

此外如果你手邊有USB協議分析儀，那麼你真是一個非常幸福的人，這一步就需要這個東東（我不太幸運，我是在調通USB驅動之後，才有的USB協議分析儀），Bus Hound工具雖然好用，但是在這一步卻幫不上忙，它是要識別USB裝置後才能正常監控USB資料流的，這對第三步的工作非常有幫助。

 

 

USB分析儀

 

（USB通訊過程一目瞭然，你會發現USB協議分析儀原來這麼強大）。

 

Bus Hound

 

注：Micro Framework的PAL層已實現相關通訊互動的指令，你僅需要把USB通道打通即可，此外不要拘泥於MF porting kit中的USB驅動示例，要根據需要大膽一些調整相關邏輯。具體的要求請參見我以前的文章《MF Porting之USB驅動開發》http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2009/01/04/3697445.aspx

 

第三步，安裝驅動，如果第二步正確完成，PC機就會要求你安裝USB驅動了。

 

      USB 驅動

二、PC USB驅動開發

Micro Framework的Porting kit開發包中已經提供了MF 裝置的USB驅動原始碼（MFUSB_PortingKitSample），你僅需要修改一下Inf檔案（主要修改相關的PID和VID，記住PID和VID僅是裝置和相關驅動關聯用的，除此之外沒有其它任何用處），此外需要安裝Windows DDK開發包，用來編譯該驅動程式。相關說明如下：

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.

    由於MF裝置僅支援3個端點（0，1，2），所以要擴充套件功能或增加端點，就需要你修改此程式的相關原始碼了（當然MF裝置的USB驅動你也要相應地修改）。

 

三、USB應用程式開發

很多網上的此類程式大部分都是基於VC的，幾乎找不到C#相關的原始碼，即使有也發現文不對題，根本實現不了和裝置的直接通訊，網上有一個ICSharpCode.USBlib的庫可以在C#中引用，據說功能還很強大，不過我在Vista和XP上好像沒有測試成功，列舉USB裝置時老出現異常。

幸好MFDeploy程式（MF SDK中的部署工具）是用C#開發的，所以深入研究該程式後，終於從中提取出一個USB讀寫類（MFDeploy程式太複雜了，我研究了好長時間才粗略理清相關邏輯脈絡），終於很方便的用C#操作USB裝置了。

 

 

C# USB

 

相關介面：

    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();

}

應用程式碼：

 

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();

        }     

    }

}

現在很多USB裝置都是免驅的了，就是實現了HID封裝，藉助該通道和USB裝置通訊。我對該技術非常感興趣，有時間可以深入研究一下。有此類經驗的朋友也希望能分享一下。

 

還有一個值得高興的事，Micro Framework美國微軟研發團隊終於向我們開放了TinyCLR原始碼，這是一個非常值得紀念的開始，意味著我們中國的MF團隊又向美國的MF開發團隊走近了一步，期待我們能在MF上走的更遠。正如Lorenzo所說：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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這裡寫圖片描述 你好！ 這是你第一次使用 **Markdown編輯器** 所展示的歡迎頁。如果你想學習如何使用Markdown編輯器, 可以仔細閱讀這篇文章，瞭解一下Markdown的基本語法知識。

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我們對Markdown編輯器進行了一些功能拓展與語法支援，除了標準的Markdown編輯器功能，我們增加了如下幾點新功能，幫助你用它寫部落格：

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功能快捷鍵

撤銷：Ctrl/Command + Z
重做：Ctrl/Command + Y
加粗：Ctrl/Command + B
斜體：Ctrl/Command + I
標題：Ctrl/Command + Shift + H
無序列表：Ctrl/Command + Shift + U
有序列表：Ctrl/Command + Shift + O
檢查列表：Ctrl/Command + Shift + C
插入程式碼：Ctrl/Command + Shift + K
插入連結：Ctrl/Command + Shift + L
插入圖片：Ctrl/Command + Shift + G

合理的建立標題，有助於目錄的生成

直接輸入1次#，並按下space後，將生成1級標題。
輸入2次#，並按下space後，將生成2級標題。
以此類推，我們支援6級標題。有助於使用TOC語法後生成一個完美的目錄。

如何改變文字的樣式

強調文字 強調文字

加粗文字 加粗文字

標記文字

刪除文字

引用文字

H2O is是液體。

210 運算結果是 1024.

插入連結與圖片

連結: link.

圖片: Alt

帶尺寸的圖片: Alt

當然，我們為了讓使用者更加便捷，我們增加了圖片拖拽功能。

如何插入一段漂亮的程式碼片

去部落格設定頁面，選擇一款你喜歡的程式碼片高亮樣式，下面展示同樣高亮的 程式碼片.

// An highlighted block var foo = 'bar';

生成一個適合你的列表

  • 專案
    • 專案
      • 專案
  1. 專案1
  2. 專案2
  3. 專案3
  • 計劃任務
  • 完成任務

建立一個表格

一個簡單的表格是這麼建立的：

專案 Value
電腦 $1600
手機 $12
導管 $1

設定內容居中、居左、居右

使用:---------:居中
使用:----------居左
使用----------:居右

第一列 第二列 第三列
第一列文字居中 第二列文字居右 第三列文字居左

SmartyPants

SmartyPants將ASCII標點字元轉換為“智慧”印刷標點HTML實體。例如：

TYPE ASCII HTML
Single backticks 'Isn't this fun?' ‘Isn’t this fun?’
Quotes "Isn't this fun?" “Isn’t this fun?”
Dashes -- is en-dash, --- is em-dash – is en-dash, — is em-dash

建立一個自定義列表

Markdown
Text-to- HTML conversion tool
Authors
John
Luke

如何建立一個註腳

一個具有註腳的文字。2

註釋也是必不可少的

Markdown將文字轉換為 HTML。

KaTeX數學公式

您可以使用渲染LaTeX數學表示式 KaTeX:

Gamma公式展示 Γ ( n ) = ( n − 1 ) ! ∀ n ∈ N \Gamma(n) = (n-1)!\quad\forall n\in\mathbb N 是通過尤拉積分

Γ ( z ) = ∫ 0 ∞ t z − 1 e − t d t &ThinSpace; . \Gamma(z) = \int_0^\infty t^{z-1}e^{-t}dt\,.

你可以找到更多關於的資訊 LaTeX 數學表示式here.

新的甘特圖功能，豐富你的文章

gantt
        dateFormat  YYYY-MM-DD
        title Adding GANTT diagram functionality to mermaid
        section 現有任務
        已完成               :done,    des1, 2014-01-06,2014-01-08
        進行中               :active,  des2, 2014-01-09, 3d
        計劃一               :         des3, after des2, 5d
        計劃二               :         des4, after des3, 5d
  • 關於 甘特圖 語法，參考 這兒,

UML 圖表

可以使用UML圖表進行渲染。 Mermaid. 例如下面產生的一個序列圖：:

這將產生一個流程圖。:

  • 關於 Mermaid 語法，參考 這兒,

FLowchart流程圖

我們依舊會支援flowchart的流程圖：

  • 關於 Flowchart流程圖 語法，參考 這兒.

匯出與匯入

匯出

如果你想嘗試使用此編輯器, 你可以在此篇文章任意編輯。當你完成了一篇文章的寫作, 在上方工具欄找到 文章匯出 ，生成一個.md檔案或者.html檔案進行本地儲存。

匯入

如果你想載入一篇你寫過的.md檔案或者.html檔案，在上方工具欄可以選擇匯入功能進行對應副檔名的檔案匯入，
繼續你的創作。

  1. mermaid語法說明 ↩︎

  2. 註腳的解釋 ↩︎

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