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WinCE USB驅(qū)動開發(fā)

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所屬頻道:新聞中心

關(guān)鍵詞: WinCE,USB驅(qū)動

      隨著USB2.0設備的不斷增加,USB設備驅(qū)動開發(fā)在嵌入式開發(fā)中變的越來越重要。Windows CE支持USB 2.0更是對這一波新技術(shù)浪潮產(chǎn)生巨大的推動。近期我負責一個這樣的項目,在WinCE下開發(fā)USB接口的外圍設備驅(qū)動。當時做這個項目花費了我相當多的時間和精力,錯走許多冤枉路使我精疲力盡。

      項目需求是在已調(diào)好的ARM9板子上開發(fā)USB WiFi無線網(wǎng)卡的驅(qū)動程序,具體要求是驅(qū)動程序平臺是WinCE,CPU類型支持ARM構(gòu)架,要能比較方便地移植到X86;驅(qū)動接口類型是USB2.0和Wlan 802.11b。后來因為連接效率一直有問題,就東改西改,最后改的是一塌糊涂。幸好老板比較寬容,給了我充裕的時間和支持,這里將關(guān)于USB驅(qū)動開發(fā)的點滴理解與大家分享。

      1. 什么是WinCE設備驅(qū)動程序?

     ?。?)從驅(qū)動加載方式來區(qū)分

      在深入探討Windows CE所支持的外圍設備驅(qū)動程序之前,先了解在WinCE平臺上使用的兩種設備:內(nèi)建設備和可安裝設備。因此,從驅(qū)動加載方式來看WinCE可分為本機設備驅(qū)動(Built-In Driver)、可加載驅(qū)動(Loadable Driver)以及混合型驅(qū)動。

      ①本機設備驅(qū)動

      本機設備驅(qū)動即Native Device Drivers。WinCE設計成可直接使用內(nèi)建設備,這些設備由本機驅(qū)動過程控制,而本機驅(qū)動程序又與WinCE的核心組件緊密相連。這些驅(qū)動對應的設備通常在系統(tǒng)啟動時,在GWES的進程空間內(nèi)被加載,因此它們不是以獨立的DLL形式存在,也因此要求每一個本機驅(qū)動程序都必須與稱為設備驅(qū)動程序接口(DDI)的特定接口一致。

      本機設備是指整合進平臺的設備,其中包括顯示、觸摸面板、音頻、串行埠、LED、電池和PC卡插座等。如果沒有這些本機設備整個系統(tǒng)就不能和用戶信息交流,例如觸摸面板和顯示等。本機驅(qū)動程序一般設計為動態(tài)鏈接庫,但有兩個例外:電池和LED驅(qū)動程序由于小而設計為靜態(tài)庫(當建立CE圖像時與GWES模塊鏈接)。這些設備相應的驅(qū)動程序是在WinCE平臺開發(fā)過程中由OEM開發(fā)的,它們儲存在ROM或閃存內(nèi)。通常只有OEM才會對本機設備驅(qū)動程序進行修改,其它自由設備生產(chǎn)商只提供附加的硬件設備,對本機設備驅(qū)動程序不會有過多涉及。

     ?、诳杉虞d設備驅(qū)動

      可加載設備是指可與平臺連接和分離的第三方接口設備,可由用戶隨時安裝和卸載。這種外圍設備的驅(qū)動也被稱為流驅(qū)動,這些驅(qū)動可以在系統(tǒng)啟動時或者和啟動后的任何時候由設備管理器動態(tài)加載。通常這類驅(qū)動是以DLL動態(tài)鏈接庫的形式存在,系統(tǒng)加載后這些驅(qū)動程序也只是以用戶態(tài)的角色運行。可加載驅(qū)動程序是通過文件操作API來從設備管理器和應用程序獲得命令。在WinCE典型的可加載驅(qū)動有:PCMCIA driver(PCMCIA.dll)、Serial driver(SERIAL.dll)、ATAFLASH driver(ATA.dll)、Ethernet driver(NE2000.dll,SMSC100FD.dll)。

      與本機驅(qū)動程序不同的是,所有可加載流驅(qū)動程序都共享一個公用接口。該接口由每個驅(qū)動程序內(nèi)的10個功能或記錄點組成,這些功能與應用程序所用的文件API中的功能匹配。因此,控制可加載設備的流接口驅(qū)動程序一般由應用程序存取,流接口驅(qū)動程序由一個特殊文件來將設備功能展現(xiàn)給應用程序的,該文件可被打開、讀取、寫入和關(guān)閉。例如,用戶將一個GPS設備與平臺相連后,就可啟動有GPS功能的應用程序來存取并使用該設備。WinCE是使用已有的API來讓應用程序存取這些驅(qū)動程序,而不是建立新的API。

      (2)從驅(qū)動程序?qū)哟紊戏诸?/p>

      一般可以分為獨立驅(qū)動和層次型驅(qū)動兩類。獨立驅(qū)動程序是指將驅(qū)動程序編寫成同時包含Model Device Driver(MDD)和Platform Dependent Driver(PDD)層的獨立驅(qū)動。使用獨立驅(qū)動的好處在于可以省去MDD和PDD層驅(qū)動之間的信息傳遞,這一點在實時處理中非常重要。獨立驅(qū)動的代碼包括中斷服務例程和平臺相關(guān)處理函數(shù)。另外,如果設備的操作和MDD驅(qū)動層的接口描述相吻合,用獨立驅(qū)動程序可以提高處理性能。

      層次型驅(qū)動是指分為兩層,較上層的MDD和比較下層的PDD。MDD實現(xiàn)的是和平臺無關(guān)的功能,它描述了一個通用的驅(qū)動程序框架;而PDD是和硬件以及平臺相關(guān)的代碼組成。MDD調(diào)用PDD中特定的接口來獲取硬件相關(guān)的信息。當使用層次型驅(qū)動的時候,一般只需要基于相近的樣列驅(qū)動程序,針對特定的硬件只修改PDD程序,MDD建立的框架可繼續(xù)使用。但由于層次間接口的層層調(diào)用以及消息的傳遞,使得處理速度相對于獨立驅(qū)動程序要慢。因此,在嵌入式實時要求苛刻的環(huán)境下,層次型驅(qū)動顯得不是很適合。

      簡單的說,獨立驅(qū)動是把PDD與MDD寫在一起,沒有做嚴格的區(qū)分,通常這種驅(qū)動比較簡單,比如ATADISK。至于本機驅(qū)動和加載式流驅(qū)動是從驅(qū)動與系統(tǒng)其它模塊(調(diào)用者)的接口形式上做的分類。所以,一個加載式驅(qū)動程序可以是獨立的流式驅(qū)動,例如ATADISK;也可以是分層的流式驅(qū)動,例如OHCI。也就是說,獨立和分層是驅(qū)動實現(xiàn)方式上的分類,而本機和加載流式則是驅(qū)動模型上的分類。所謂本機驅(qū)動就是操作系統(tǒng)有保留專門的接口,而加載流式驅(qū)動是指編寫DLL文件導出各種流式接口函數(shù)的接口。

      2. USB加載式流接口驅(qū)動要點分析

      為了支持不同類型的外圍設備,WinCE平臺提供了具有定制接口的流接口驅(qū)動程序模型。因為大部分USB外圍設備由于功能性更適合流接口驅(qū)動的結(jié)構(gòu),所以一般都采用加載式流接口驅(qū)動程序模型來開發(fā)USB設備驅(qū)動程序。

     ?。?)USB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

      WinCE下USB系統(tǒng)軟件由兩層組成:較高USB設備驅(qū)動程序?qū)雍洼^低的USB函數(shù)層。較低的USB函數(shù)層本身又由兩部分組成:較高的通用串行總線驅(qū)動程序(USBD)模塊和較低的主控制器驅(qū)動程序(HCD)模塊。通過HCD模塊功能和USBD模塊實現(xiàn)高層的USBD接口函數(shù),USB設備驅(qū)動程序就能與外圍設備進行通訊。

      在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中,操作流程通常按下列的次序進行:①USB設備驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?,即通過USBD接口函數(shù)給USBD模塊發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼埱?。②USBD模塊將該請求分成一些單獨的事務。③HCD模塊排出事務次序。④主控制器硬件執(zhí)行事務。這里需要提醒的是,所有的事務都是從主機發(fā)出的,外圍設備完全是被動接受型的。

      (2)USB設備驅(qū)動程序入口點函數(shù)

      從結(jié)構(gòu)分析我們可知,所有的USB設備驅(qū)動程序必須在它們的DLL庫設置一定的入口點與USBD模塊進行適當?shù)慕换?。設置入口點函數(shù)有兩個作用:一是使得 USBD 模塊能與外部設備交互;二是使得驅(qū)動程序能創(chuàng)建和管理任何可能需要的注冊鍵。

      下面簡要介紹相關(guān)函數(shù)的作用:USBDeviceAttach是當 USB 設備連接到主計算機時運行,USBD模塊會調(diào)用這個函數(shù)初始化USB設備,取得USB設備信息和配置USB設備,并且申請必需的資源。USBInstallDrive是在第一次加載USB設備驅(qū)動程序時首先被調(diào)用,它使得驅(qū)動程序能創(chuàng)建需要的注冊鍵,用于將一個驅(qū)動程序所需的注冊表信息寫入到HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\USB\ClientDrivers目錄下,例如設備名稱等。需要注意的是,USB設備驅(qū)動程序不使用標準的注冊表函數(shù),而是使用RegisterClientDriverID()、RegisterClientSettings()函數(shù)來注冊相應的設備信息。

      USBUninstallDriver是在用戶刪除USB設備驅(qū)動程序時調(diào)用,負責刪除注冊鍵并釋放其它相關(guān)資源。它通過調(diào)用UnRegisterClientSettings()和UnRegisterClientDriverID()函數(shù)來刪除由驅(qū)動程序的USBInstallDriver()函數(shù)創(chuàng)建的所有注冊鍵。因此,我們在驅(qū)動程序中就需要嚴格按照這三個函數(shù)的原型來實現(xiàn),否則就不能為設備管理器所識別。

      3.USB設備流接口驅(qū)動的實現(xiàn)步驟

      從WinCE USB設備驅(qū)動模型及結(jié)構(gòu)分析中,我們可以清晰的看到主機和外設之間的實現(xiàn)方式。在主機端,通過USBD模塊和HCD模塊使用默認的PIPE訪問一個通用的邏輯設備,實際上就是說USBD和HCD是一組訪問所有USB設備的邏輯接口,它們負責管理所有USB設備的連接、加載、移除、數(shù)據(jù)傳輸和通用配置。其中HCD是主機控制驅(qū)動,是為USBD提供底層的功能訪問服務,USBD是USB總線驅(qū)動,位于HCD的上層,利用HCD的服務提供較高層次的功能。因此,實現(xiàn)USB加載流驅(qū)動程序大致需要完成以下步驟:

     ?。?)選擇代表設備的文件名前綴。前綴非常重要,設備管理器在注冊表中通過前綴來識別設備。同時,在流接口命名時也將這個前綴作為入口點函數(shù)的前綴,如果設備前綴為XXX,那么流接口對應為XXX_Close,XXX_Init等。

     ?。?)設置驅(qū)動的各個入口點函數(shù)。所謂入口點是指提供給設備管理器的標準文件I/O接口。在生成一個DLL后,就用設備文件名前綴替換名字中的XXX。因此,每個加載式流接口驅(qū)動程序必須實現(xiàn)XXX_Init()、XXX_IOControl()以及XXX_PowerUp()等一組標準的函數(shù),用來完成標準的文件I/O函數(shù)和電源管理等。

     ?。?)建立.DEF文件。當設備管理器初始化USB設備編譯出來的流接口函數(shù)后,還必須建立一個.def文件。DEF文件定義了DLL要導出的接口集,而且加載式流驅(qū)動大多是以DLL形式存在的,所以應將DLL和DEF的文件名統(tǒng)一起來。DEF文件告訴鏈接程序需要輸出什么樣的函數(shù),最后將驅(qū)動程序編譯到內(nèi)核中去,這樣這個USB設備流接口驅(qū)動程序就可以被應用程序調(diào)用。

      (4)在注冊表中為驅(qū)動程序建立表項。在注冊表中建立驅(qū)動程序入口點,這樣設備管理器才能識別和管理這個驅(qū)動。此外,注冊表中還能存儲額外的信息,這些信息可以在驅(qū)動運行之后被使用到。

      在這次USB驅(qū)動開發(fā)過程中,錯走許多冤枉路使我叫苦連天。我感受最深的是由于WinCE提供了通用串行總線驅(qū)動程序(USBD)模塊、USBD接口函數(shù)全集、樣本主機控制器驅(qū)動程序(HCD)模塊。所以,我們只需要根據(jù)USB設備硬件特性,利用USBD提供的不同函數(shù),實現(xiàn)流接口函數(shù)與外圍設備的交互。在沒有特別的情況下,我最大的收獲經(jīng)驗是把這些公用的源程序照搬過來,能極大的縮短開發(fā)周期,從而能更快速地進行嵌入式開發(fā)。

    (審核編輯: 智匯小新)