C# 實現自定義的USB設備與上位機進行通信（上位機部分）
阿新 • • 發佈：2018-12-29
lob filename 參考 EDA 文件 inpu sha red file
因為以前沒用過USB，對USB也不了解，於是上網查了很多資料，不過網上的資料都是零零散散，不清不楚的，於是我自己總結了一下，下面幾個鏈接是網上這麽多零散資料裏，我覺得比較有參考意義的。
USB設備連接思路參考：https://www.cnblogs.com/xyzyx/articles/2959610.html#undefined
代碼參考：http://www.cnblogs.com/xidongs/archive/2011/11/28/2266100.html#
收發數據參考：https://blog.csdn.net/zouwen198317/article/details/5814212
整個思路概況為3步：1、識別設備；2、連接設備；3、數據傳輸。
而我這裏所有的步驟都是基於直接調用Windos的DLL實現的，調用了hid.dll、setupapi.dll、kernel32.dll，建立好工程後，可以從你自己的電腦裏復制出這幾個文件到工程目錄下使用，調用DLL思路如下：
/* 使用USB傳輸數據思路 * 0.連接DALL的庫函數做好準備工作 * 1.調用HidD_GetHidGuid獲取到GUID * 2.調用SetupDiGetClassDevs獲取全部的HID值 * 3.調用SetupDiEnumDeviceInterfaces,填寫PSP_DEVICE_INTERFACE_DATA結構數據項， * 該結構用於識別一個HID設備接口，結構具體作用參考函數說明 * 4.調用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail獲取特定的HID路徑名 * 5.調用CreateFile獲得設備HID句柄 * 6.調用HidD_GetAttributes，填寫HID_ATTRIBUTES結構的數據項， * 該結構包含設備的廠商ID、產品ID和產品序列號，程序可比照這些獲取到的參數值確定該設備是否是查找的設備 * 7.查找成功完成，未成功重復3 4 5 6 步 * 8.與自己需要的USB設備連接成功後，調用WriteFile和ReadFile進行數據傳輸 * 9.關閉時調用SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo)和CloseHandle(HidHandle)斷開連接並關閉USB設備*/
接下來開始按上面的步驟來操作。
0、連接DALL的庫函數做好準備工作
/* ======================聲明dll文件中需要調用的函數,以下是調用windows的API的函數======================= */ //獲得USB設備的GUID [DllImport("hid.dll")] public static extern void HidD_GetHidGuid(ref Guid HidGuid); Guid guidHID = Guid.Empty; //獲得一個包含全部HID信息的結構數組的指針，具體配置看函數說明:https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/desktop/api/setupapi/nf-setupapi-setupdigetclassdevsw [DllImport("setupapi.dll", SetLastError = true)] public static extern IntPtr SetupDiGetClassDevs(ref Guid ClassGuid, uint Enumerator, IntPtr HwndParent, DIGCF Flags); IntPtr hDevInfo; public enum DIGCF { DIGCF_DEFAULT = 0x1, DIGCF_PRESENT = 0x2, DIGCF_ALLCLASSES = 0x4, DIGCF_PROFILE = 0x8, DIGCF_DEVICEINTERFACE = 0x10 } //該結構用於識別一個HID設備接口，獲取設備，true獲取到 [DllImport("setupapi.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)] public static extern Boolean SetupDiEnumDeviceInterfaces(IntPtr hDevInfo, IntPtr devInfo, ref Guid interfaceClassGuid, UInt32 memberIndex, ref SP_DEVICE_INTERFACE_DATA deviceInterfaceData); //SetupDiEnumDeviceInterfaces 識別出來的SP_DEVICE_INTERFACE_DATA結構，該結構標識滿足搜索參數的接口 public struct SP_DEVICE_INTERFACE_DATA { public int cbSize; //SP_DEVICE_INTERFACE_DATA結構的大小 public Guid interfaceClassGuid; //設備接口所屬的類的GUID public int flags; //接口轉態標記 public int reserved; //保留，不做使用 } // 獲得一個指向該設備的路徑名，接口的詳細信息 必須調用兩次 第1次返回長度 第2次獲取數據 [DllImport("setupapi.dll", SetLastError = true, CharSet = CharSet.Auto)] private static extern bool SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(IntPtr deviceInfoSet, ref SP_DEVICE_INTERFACE_DATA deviceInterfaceData, IntPtr deviceInterfaceDetailData, int deviceInterfaceDetailDataSize, ref int requiredSize, SP_DEVINFO_DATA deviceInfoData); [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] public class SP_DEVINFO_DATA { public int cbSize = Marshal.SizeOf(typeof(SP_DEVINFO_DATA)); public Guid classGuid = Guid.Empty; // temp public int devInst = 0; // dumy public int reserved = 0; } [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 2)] internal struct SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA { internal int cbSize; internal short devicePath; } [DllImport("setupapi.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)] private static extern Boolean SetupDiDestroyDeviceInfoList(IntPtr deviceInfoSet); //獲取設備文件（獲取句柄） [DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)] //根據要求可在下面設定參數，具體參考參數說明：https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/desktop/api/fileapi/nf-fileapi-createfilea private static extern int CreateFile ( string lpFileName, // file name 文件名 uint dwDesiredAccess, // access mode 訪問模式 uint dwShareMode, // share mode 共享模式 uint lpSecurityAttributes, // SD 安全屬性 uint dwCreationDisposition, // how to create 如何創建 uint dwFlagsAndAttributes, // file attributes 文件屬性 uint hTemplateFile // handle to template file 模板文件的句柄 ); [DllImport("Kernel32.dll", SetLastError = true)] //接收函數DLL private static extern bool ReadFile ( IntPtr hFile, byte[] lpBuffer, uint nNumberOfBytesToRead, ref uint lpNumberOfBytesRead, IntPtr lpOverlapped ); [DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)] //發送數據DLL public static extern Boolean WriteFile ( IntPtr hFile, byte[] lpBuffer, uint nNumberOfBytesToWrite, ref uint nNumberOfBytesWrite, IntPtr lpOverlapped ); [DllImport("hid.dll")] /*HidDeviceObject:指定頂級集合的打開句柄 Attributes:指向調用者分配的HIDD_ATTRIBUTES結構的指針，該結構返回由HidDeviceObject指定的集合的屬性*/ private static extern Boolean HidD_GetAttributes(IntPtr hidDeviceObject, out HIDD_ATTRIBUTES HIDD_ATTRIBUTES); //HidD_GetAttributes的調用者使用此結構來對比查找設備 public unsafe struct HIDD_ATTRIBUTES { public int Size; //指定HIDD_ATTRIBUTES結構的大小（以字節為單位） public ushort VendorID; //指定HID設備的供應商ID( VID ) public ushort ProductID; //指定HID設備的產品ID( PID ) public ushort VersionNumber; //指定HIDClass設備的制造商版本號 } //自定義的結構體，用來存放自己要操作的設備信息 public unsafe struct my_usb_id { public ushort my_vid; public ushort my_Pid; public ushort my_number; } /**/ [DllImport("hid.dll")] /*HidP_GetCaps返回一個頂級集合的 HIDP_CAPS結構，獲取設備具體信息，這裏暫時用不上 PreparsedData:指向頂級集合的預分析數據的指針; Capabilities:指向調用程序分配的緩沖區的指針，該緩沖區用於返回集合的HIDP_CAPS結構*/ private static extern uint HidP_GetCaps(IntPtr PreparsedData, out HIDP_CAPS Capabilities); [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] public unsafe struct HIDP_CAPS { public ushort UsagePage; //指定頂級集合的使用情況 public uint Usage; //指定頂級集合的 使用ID public ushort InputReportByteLength; //指定所有輸入報告的最大大小（以字節為單位） public ushort OutputReportByteLength; //指定所有輸出報告的最大大小（以字節為單位） public ushort FeatureReportByteLength; //指定所有功能報告的最大長度（以字節為單位） [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 17)] //保留供內部系統使用數組 public ushort NumberLinkCollectionNodes; //指定的數量HIDP_LINK_COLLECTION_NODE了為這個頂級集合返回的結構HidP_GetLinkCollectionNodes public ushort NumberInputButtonCaps; //指定HidP_GetButtonCaps返回的輸入HIDP_BUTTON_CAPS結構的數量 public ushort NumberInputValueCaps; //指定HidP_GetValueCaps返回的輸入HIDP_VALUE_CAPS結構的數量 public ushort NumberInputDataIndices; //指定分配給所有輸入報告中的按鈕和值的數據索引數 public ushort NumberOutputButtonCaps; //指定HidP_GetButtonCaps返回的輸出HIDP_BUTTON_CAPS結構的數量 public ushort NumberOutputValueCaps; //指定HidP_GetValueCaps返回的輸出HIDP_VALUE_CAPS結構的數量 public ushort NumberOutputDataIndices; //指定分配給所有輸出報告中的按鈕和值的數據索引數 public ushort NumberFeatureButtonCaps; //指定HidP_GetButtonCaps返回的功能HIDP_BUTTONS_CAPS結構的總數 public ushort NumberFeatureValueCaps; //指定HidP_GetValueCaps返回的功能HIDP_VALUE_CAPS結構的總數 public ushort NumberFeatureDataIndices; //指定分配給所有要素報告中的按鈕和值的數據索引數 } [DllImport("hid.dll")] private static extern Boolean HidD_GetPreparsedData(IntPtr hidDeviceObject, out IntPtr PreparsedData); //釋放設備 [DllImport("hid.dll")] static public extern bool HidD_FreePreparsedData(ref IntPtr PreparsedData); //關閉訪問設備句柄，結束進程的時候把這個加上保險點 [DllImport("kernel32.dll")] static public extern int CloseHandle(int hObject); //查看數據傳輸異常函數 [DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "GetProcAddress", SetLastError = true)] public static extern IntPtr GetProcAddress(int hModule, [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string lpProcName);
上面的DLL調用在 public partial class Form1 : Form{}函數裏直接聲明就好了
1~7連接USB設備
連接前先定義一些要用到的變量，再調用 UsBMethod 函數連接，這個函數裏面包含了1~7的所有步驟：
//定於句柄序號和一些參數，具體可以去網上找這些API的參數說明 int HidHandle = -1; int sele = 0; int usb_flag = 0; bool result; string devicePathName; //CreateFile參數配置 public const uint GENERIC_READ = 0x80000000; public const uint GENERIC_WRITE = 0x40000000; public const uint FILE_SHARE_READ = 0x00000001; public const uint FILE_SHARE_WRITE = 0x00000002; public const int OPEN_EXISTING = 3; private void UsBMethod(int index) { //獲取USB設備的GUID HidD_GetHidGuid(ref guidHID); //Console.WriteLine(" GUID_HID = "+ guidHID); //輸出guid信息調試用 //獲取系統中存在的所有設備的列表，這些設備已從存儲卷設備接口類啟用了接口 hDevInfo = SetupDiGetClassDevs(ref guidHID, 0, IntPtr.Zero, DIGCF.DIGCF_PRESENT | DIGCF.DIGCF_DEVICEINTERFACE); int bufferSize = 0; ArrayList HIDUSBAddress = new ArrayList(); while (true) { //獲取設備，true獲取到 SP_DEVICE_INTERFACE_DATA DeviceInterfaceData = new SP_DEVICE_INTERFACE_DATA(); DeviceInterfaceData.cbSize = Marshal.SizeOf(DeviceInterfaceData); for (int i = 0; i < 3; i++) { //識別HID設備接口，獲取設備，返回true成功 result = SetupDiEnumDeviceInterfaces(hDevInfo, IntPtr.Zero, ref guidHID, (UInt32)index, ref DeviceInterfaceData); } //Console.WriteLine(" 識別HID接口\t"+result); //識別接口打印信息查看 //第一次調用出錯，但可以返回正確的Size SP_DEVINFO_DATA strtInterfaceData = new SP_DEVINFO_DATA(); //獲得一個指向該設備的路徑名，接口的詳細信息 必須調用兩次 第1次返回路徑長度 result = SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, ref DeviceInterfaceData, IntPtr.Zero, 0, ref bufferSize, strtInterfaceData); //第二次調用傳遞返回值，調用即可成功 , 第2次獲取路徑數據 IntPtr detailDataBuffer = Marshal.AllocHGlobal(bufferSize); SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA detailData = new SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA(); detailData.cbSize = Marshal.SizeOf(typeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA)); Marshal.StructureToPtr(detailData, detailDataBuffer, false); result = SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, ref DeviceInterfaceData, detailDataBuffer, bufferSize, ref bufferSize, strtInterfaceData); if (result == false) { break; } //獲取設備路徑訪 IntPtr pdevicePathName = (IntPtr)((int)detailDataBuffer + 4); devicePathName = Marshal.PtrToStringAuto(pdevicePathName); HIDUSBAddress.Add(devicePathName); //Console.WriteLine(" Get_DvicePathName = "+ devicePathName); //打印路徑信息，調試用 //連接USB設備文件 int aa = CT_CreateFile(devicePathName); usb_flag = aa; if (aa == 1) //設備連接成功 { //獲取設備VID PID 出廠編號信息判斷是否跟自定義的USB設備匹配，匹配返回 1 usb_flag = HidD_GetAttributes(HidHandle); if (usb_flag == 1) break; else usb_flag = 0; } else usb_flag = 0; index++; } }
上面的函數調用到了一個建立和設備的連接的函數，該函數主要是用來跟設備建立連接，函數如下：
/* =================建立和設備的連接================== */ public unsafe int CT_CreateFile(string DeviceName) { HidHandle = CreateFile ( DeviceName, //GENERIC_READ | // | GENERIC_WRITE,//讀寫，或者一起 GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, //FILE_SHARE_READ | // | FILE_SHARE_WRITE,//共享讀寫，或者一起 FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_EXISTING, 0, 0 ); //Console.WriteLine(" IN_DeviceName = " + DeviceName); //查看參數是否傳入 if (HidHandle == -1) //INVALID_HANDLE_VALUE實際值等於-1，連接失敗 { //Console.WriteLine(" 失敗 HidHandle = 0x" + "{0:x}",HidHandle ); //查看狀態，打印調試用 return 0; } else //連接成功 { //Console.WriteLine(" 成功 HidHandle = 0x" + "{0:x}",HidHandle); //查看狀態，打印調試用 return 1; } }
調用函數建立好連接後，就要判斷是否是自己需要的USB設備了，這裏就調用了一個判斷函數：
/* ==============獲取設備的VID PID 出廠編號等信息，存放到HIDD_ATTRIBUTES============== */ public unsafe int HidD_GetAttributes(int handle) { HIDD_ATTRIBUTES HIDD_ATTRIBUTE = new HIDD_ATTRIBUTES(); //handle是CreateFile函數返回一個有效的設備操作句柄，HIDD_ATTRIBUTES是函數返回的結構體信息（VID PID 設備號） bool sel = HidD_GetAttributes((IntPtr)handle, out HIDD_ATTRIBUTE); /*//打印VID、PID信息以16進制顯示調試用，打印數據前不能接+號，不然打印不出來，信息為0 Console.Write("\t" + "VID:{0:x}", HIDD_ATTRIBUTE.VendorID ); Console.Write("\t" + "PID:{0:x}", HIDD_ATTRIBUTE.ProductID); Console.WriteLine("\r\n"); */ if (sel == true) //獲取設備信息成功 { //對自己定義的my_usb_id結構體賦值，輸入自己要操作的設備參數，用來跟讀取出來的設備參數比較 my_usb_id my_usb_id = new my_usb_id(); my_usb_id.my_vid = 4292; //自定義的USB設備VID 0x10c4=4292 my_usb_id.my_Pid = 33485; //自定義的USB設備PID 0x82cd=33485 if (my_usb_id.my_vid == HIDD_ATTRIBUTE.VendorID && my_usb_id.my_Pid == HIDD_ATTRIBUTE.ProductID) //判斷識別出來的是不是自定義的USB設備 { //Console.WriteLine("獲取VID PID成功"); //打印信息調試用 sele = 1; } else sele = 0; return sele; } else { //Console.WriteLine("獲取VID PID失敗"); //打印信息調試用 return sele = 0; } }
到這裏就已經連接上USB設備了，接下來可以收發數據了。
8、調用WriteFile和ReadFile進行數據傳輸
這裏的發送函數使用的是同步發送，至於怎樣同步異步各位可以自行到https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/desktop/api/fileapi/nf-fileapi-writefile查看，或者看我前面的收發數據的參考鏈接
private void button2_Click(object sender, EventArgs e) { if (usb_flag == 1) //USB識別成功後發送數據 { uint read = 0; byte[] src = { 1, 3,1 }; bool isread = WriteFile((IntPtr)HidHandle, src, (uint)9, ref read, IntPtr.Zero); if (isread == false) { int errCode = Marshal.GetLastWin32Error(); // Console.WriteLine("數據發送失敗！錯誤代碼：" + errCode); } } }
註意這裏緩存區要比你的報文描述符多一個字節，不然會出錯，至於接收，使用異步接收，在接收前要做一個調用DLL聲明：
/*構建一個Overlapped結構，異步通信用， internal是錯誤碼，internalHigh是傳輸字節,這個兩個是IO操作完成後需要填寫的內容*/ [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] public struct OVERLAPPED { public IntPtr Internal; //I/O請求的狀態代碼 public IntPtr InternalHigh; //傳輸I/O請求的字節數 public int Offset; //文件讀寫起始位置 public int OffsetHigh; //地址偏移量 public IntPtr hEvent; //操作完成時系統將設置為信號狀態的事件句柄 } /*監聽異步通信函數*/ [DllImport("Kernel32.dll")] public static extern unsafe long WaitForSingleObject(IntPtr hHandle, long dwMilliseconds);
聲明好後就開始寫接收函數了，接收函數怎麽異步接收各位可以自行百度，或者官網查閱，也可以看窮前面的收發函數參考鏈接。
public void redata()//USB異步接收數據 { //初始化Overlapped OVERLAPPED overlap = new OVERLAPPED(); overlap.Offset = 0; overlap.OffsetHigh = 0; //創建事件對象 overlap.hEvent = CreateEvent(IntPtr.Zero, false, false, null); //接收數據緩存區：接收到的數據如果比這個小，則按實際數據大小，接收到一個ID+64個數據 byte[] buffer = new byte[70]; int dwRead = 0; Console.WriteLine("read... "); //while (true) { //讀設備 bool re = ReadFile(HidHandle, buffer, 70, out dwRead, out overlap); if (re != false) { SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo); for (int i = 0; i < 70; i++) { Console.WriteLine("i = " + i + " \t buffer = " + buffer[i]); } MessageBox.Show(" READ OK ！"); //break; } } // long cc=WaitForSingleObject(overlap.hEvent, 5000); }
這樣異步接收可以開一個定時器時不時檢測是否有數據接收，來實現，開定時是可以參考我的隱藏窗體功能的那篇文章：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/10110443.html
收發完函數後，就可以關閉通道了，以便節約資源嘛。
9、關閉USB設備
/* 釋放關閉USB設備 */ public void Dispost() { //釋放設備資源(hDevInfo是SetupDiGetClassDevs獲取的) SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo); //關閉連接(HidHandle是Create的時候獲取的) CloseHandle(HidHandle); } //===================================================
以上就是USB通信上位機部分的內容了，這些函數都放在 public partial class Form1 : Form{ } 完成，至於下位機的部分各位可以參考：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9913963.html
補充一點：如果鏈接在你的電腦可正常使用，在別的電腦不可以用的話，解決方法可以參考我另一個文章：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9876812.html
C# 實現自定義的USB設備與上位機進行通信（上位機部分）