隨著USB2.0設(shè)備的不斷增加,，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(duì)這一波新技術(shù)浪潮產(chǎn)生巨大的推動(dòng),。近期我負(fù)責(zé)一個(gè)這樣的項(xiàng)目,，在WinCE下開發(fā)USB接口的外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)。當(dāng)時(shí)做這個(gè)項(xiàng)目花費(fèi)了我相當(dāng)多的時(shí)間和精力,，錯(cuò)走許多冤枉路使我精疲力盡,。

　　項(xiàng)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(dòng)程序，具體要求是驅(qū)動(dòng)程序平臺(tái)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(dòng)接口類型是USB2.0和Wlan 802.11b,。后來因?yàn)檫B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(shí)間和支持，這里將關(guān)于USB驅(qū)動(dòng)開發(fā)的點(diǎn)滴理解與大家分享,。

　　1. 什么是WinCE設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,？

　　（1）從驅(qū)動(dòng)加載方式來區(qū)分

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

　　①本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)

　　本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)即Native Device Drivers,。WinCE設(shè)計(jì)成可直接使用內(nèi)建設(shè)備,，這些設(shè)備由本機(jī)驅(qū)動(dòng)過程控制，而本機(jī)驅(qū)動(dòng)程序又與WinCE的核心組件緊密相連,。這些驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備通常在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),，在GWES的進(jìn)程空間內(nèi)被加載，因此它們不是以獨(dú)立的DLL形式存在,，也因此要求每一個(gè)本機(jī)驅(qū)動(dòng)程序都必須與稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口（DDI）的特定接口一致,。

　　本機(jī)設(shè)備是指整合進(jìn)平臺(tái)的設(shè)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(jī)設(shè)備整個(gè)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(jī)驅(qū)動(dòng)程序一般設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)鏈接庫,，但有兩個(gè)例外：電池和LED驅(qū)動(dòng)程序由于小而設(shè)計(jì)為靜態(tài)庫（當(dāng)建立CE圖像時(shí)與GWES模塊鏈接）。這些設(shè)備相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序是在WinCE平臺(tái)開發(fā)過程中由OEM開發(fā)的,，它們儲(chǔ)存在ROM或閃存內(nèi)。通常只有OEM才會(huì)對(duì)本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行修改,，其它自由設(shè)備生產(chǎn)商只提供附加的硬件設(shè)備,，對(duì)本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不會(huì)有過多涉及。

　?、诳杉虞d設(shè)備驅(qū)動(dòng)

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

　　與本機(jī)驅(qū)動(dòng)程序不同的是，所有可加載流驅(qū)動(dòng)程序都共享一個(gè)公用接口,。該接口由每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)的10個(gè)功能或記錄點(diǎn)組成,，這些功能與應(yīng)用程序所用的文件API中的功能匹配。因此,，控制可加載設(shè)備的流接口驅(qū)動(dòng)程序一般由應(yīng)用程序存取,，流接口驅(qū)動(dòng)程序由一個(gè)特殊文件來將設(shè)備功能展現(xiàn)給應(yīng)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(gè)GPS設(shè)備與平臺(tái)相連后,，就可啟動(dòng)有GPS功能的應(yīng)用程序來存取并使用該設(shè)備,。WinCE是使用已有的API來讓應(yīng)用程序存取這些驅(qū)動(dòng)程序，而不是建立新的API,。

　?。?）從驅(qū)動(dòng)程序?qū)哟紊戏诸?/p>

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

　　層次型驅(qū)動(dòng)是指分為兩層,，較上層的MDD和比較下層的PDD。MDD實(shí)現(xiàn)的是和平臺(tái)無關(guān)的功能,，它描述了一個(gè)通用的驅(qū)動(dòng)程序框架,；而PDD是和硬件以及平臺(tái)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(dāng)使用層次型驅(qū)動(dòng)的時(shí)候,，一般只需要基于相近的樣列驅(qū)動(dòng)程序，針對(duì)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(duì)于獨(dú)立驅(qū)動(dòng)程序要慢,。因此,，在嵌入式實(shí)時(shí)要求苛刻的環(huán)境下，層次型驅(qū)動(dòng)顯得不是很適合,。

　　簡(jiǎn)單的說,，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)是把PDD與MDD寫在一起，沒有做嚴(yán)格的區(qū)分,，通常這種驅(qū)動(dòng)比較簡(jiǎn)單,，比如ATADISK。至于本機(jī)驅(qū)動(dòng)和加載式流驅(qū)動(dòng)是從驅(qū)動(dòng)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(gè)加載式驅(qū)動(dòng)程序可以是獨(dú)立的流式驅(qū)動(dòng)，例如ATADISK,；也可以是分層的流式驅(qū)動(dòng),，例如OHCI,。也就是說，獨(dú)立和分層是驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式上的分類,，而本機(jī)和加載流式則是驅(qū)動(dòng)模型上的分類,。所謂本機(jī)驅(qū)動(dòng)就是操作系統(tǒng)有保留專門的接口，而加載流式驅(qū)動(dòng)是指編寫DLL文件導(dǎo)出各種流式接口函數(shù)的接口,。

　　2. USB加載式流接口驅(qū)動(dòng)要點(diǎn)分析

　　為了支持不同類型的外圍設(shè)備,，WinCE平臺(tái)提供了具有定制接口的流接口驅(qū)動(dòng)程序模型。因?yàn)榇蟛糠諹SB外圍設(shè)備由于功能性更適合流接口驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu),，所以一般都采用加載式流接口驅(qū)動(dòng)程序模型來開發(fā)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,。

　　（1）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(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序（USBD）模塊和較低的主控制器驅(qū)動(dòng)程序（HCD）模塊,。通過HCD模塊功能和USBD模塊實(shí)現(xiàn)高層的USBD接口函數(shù)，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就能與外圍設(shè)備進(jìn)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(jìn)行：①USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟赐ㄟ^USBD接口函數(shù)給USBD模塊發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求,。②USBD模塊將該請(qǐng)求分成一些單獨(dú)的事務(wù)。③HCD模塊排出事務(wù)次序,。④主控制器硬件執(zhí)行事務(wù),。這里需要提醒的是，所有的事務(wù)都是從主機(jī)發(fā)出的,，外圍設(shè)備完全是被動(dòng)接受型的,。

　　（2）USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序入口點(diǎn)函數(shù)

　　從結(jié)構(gòu)分析我們可知,，所有的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須在它們的DLL庫設(shè)置一定的入口點(diǎn)與USBD模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕换?。設(shè)置入口點(diǎn)函數(shù)有兩個(gè)作用：一是使得 USBD 模塊能與外部設(shè)備交互；二是使得驅(qū)動(dòng)程序能創(chuàng)建和管理任何可能需要的注冊(cè)鍵,。

　　下面簡(jiǎn)要介紹相關(guān)函數(shù)的作用：USBDeviceAttach是當(dāng) USB 設(shè)備連接到主計(jì)算機(jī)時(shí)運(yùn)行,，USBD模塊會(huì)調(diào)用這個(gè)函數(shù)初始化USB設(shè)備，取得USB設(shè)備信息和配置USB設(shè)備,，并且申請(qǐng)必需的資源,。USBInstallDrive是在第一次加載USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序時(shí)首先被調(diào)用，它使得驅(qū)動(dòng)程序能創(chuàng)建需要的注冊(cè)鍵,，用于將一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序所需的注冊(cè)表信息寫入到HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\USB\ClientDrivers目錄下,，例如設(shè)備名稱等。需要注意的是,，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不使用標(biāo)準(zhǔn)的注冊(cè)表函數(shù),，而是使用RegisterClientDriverID（）,、RegisterClientSettings（）函數(shù)來注冊(cè)相應(yīng)的設(shè)備信息。

　　USBUninstallDriver是在用戶刪除USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序時(shí)調(diào)用,，負(fù)責(zé)刪除注冊(cè)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(dòng)程序的USBInstallDriver（）函數(shù)創(chuàng)建的所有注冊(cè)鍵。因此,，我們?cè)隍?qū)動(dòng)程序中就需要嚴(yán)格按照這三個(gè)函數(shù)的原型來實(shí)現(xiàn),，否則就不能為設(shè)備管理器所識(shí)別。

　　3．USB設(shè)備流接口驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)步驟

　　從WinCE USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型及結(jié)構(gòu)分析中,，我們可以清晰的看到主機(jī)和外設(shè)之間的實(shí)現(xiàn)方式,。在主機(jī)端，通過USBD模塊和HCD模塊使用默認(rèn)的PIPE訪問一個(gè)通用的邏輯設(shè)備,，實(shí)際上就是說USBD和HCD是一組訪問所有USB設(shè)備的邏輯接口,，它們負(fù)責(zé)管理所有USB設(shè)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(jī)控制驅(qū)動(dòng),，是為USBD提供底層的功能訪問服務(wù),，USBD是USB總線驅(qū)動(dòng)，位于HCD的上層,，利用HCD的服務(wù)提供較高層次的功能,。因此，實(shí)現(xiàn)USB加載流驅(qū)動(dòng)程序大致需要完成以下步驟：

　?。?）選擇代表設(shè)備的文件名前綴,。前綴非常重要，設(shè)備管理器在注冊(cè)表中通過前綴來識(shí)別設(shè)備,。同時(shí),，在流接口命名時(shí)也將這個(gè)前綴作為入口點(diǎn)函數(shù)的前綴，如果設(shè)備前綴為XXX,，那么流接口對(duì)應(yīng)為XXX_Close,，XXX_Init等。

　?。?）設(shè)置驅(qū)動(dòng)的各個(gè)入口點(diǎn)函數(shù),。所謂入口點(diǎn)是指提供給設(shè)備管理器的標(biāo)準(zhǔn)文件I/O接口。在生成一個(gè)DLL后,，就用設(shè)備文件名前綴替換名字中的XXX,。因此，每個(gè)加載式流接口驅(qū)動(dòng)程序必須實(shí)現(xiàn)XXX_Init（）,、XXX_IOControl（）以及XXX_PowerUp（）等一組標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù),，用來完成標(biāo)準(zhǔn)的文件I/O函數(shù)和電源管理等,。

　　（3）建立.DEF文件,。當(dāng)設(shè)備管理器初始化USB設(shè)備編譯出來的流接口函數(shù)后,，還必須建立一個(gè).def文件。DEF文件定義了DLL要導(dǎo)出的接口集,，而且加載式流驅(qū)動(dòng)大多是以DLL形式存在的,，所以應(yīng)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(dòng)程序編譯到內(nèi)核中去,，這樣這個(gè)USB設(shè)備流接口驅(qū)動(dòng)程序就可以被應(yīng)用程序調(diào)用。

　?。?）在注冊(cè)表中為驅(qū)動(dòng)程序建立表項(xiàng),。在注冊(cè)表中建立驅(qū)動(dòng)程序入口點(diǎn)，這樣設(shè)備管理器才能識(shí)別和管理這個(gè)驅(qū)動(dòng),。此外,，注冊(cè)表中還能存儲(chǔ)額外的信息，這些信息可以在驅(qū)動(dòng)運(yùn)行之后被使用到,。

　　在這次USB驅(qū)動(dòng)開發(fā)過程中,，錯(cuò)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(dòng)程序（USBD）模塊,、USBD接口函數(shù)全集,、樣本主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序（HCD）模塊。所以,，我們只需要根據(jù)USB設(shè)備硬件特性,，利用USBD提供的不同函數(shù),，實(shí)現(xiàn)流接口函數(shù)與外圍設(shè)備的交互,。在沒有特別的情況下，我最大的收獲經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行嵌入式開發(fā)。