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基于WinUSB实现的嵌入式USB免驱设备通信方式(一)

2020.10.05

前言

USB接口作为PC上最流行和通用的接口,具备可连接多种类型的设备,连接简单,即插即用,支持热插拨,多数应用场景下不需要提供独立的电源,高传输速率,高可靠性等特点,被越来越多的产品作为首选接口作为接入PC的连接方式。为了简化USB设备的开发和接入到PC系统,微软开发了WinUSB,可以将Winusb.sys作为设备功能驱动程序安装,并提供WinUSB API供应用程序访问设备。一直以来,除了USB HID设备,其他类型的设备在WINDOWS环境下需要安装驱动程序才能工作。要实现USB设备免驱,就只能使用HID设备。而HID设备传输速度慢,在有些场合必须使用Bulk类型进行批量传输时,就必须使用第三方驱动或者自己开发一个驱动,使得项目开发非常麻烦。现在好了,自从微软推出了WinUSB,在微软的最新操作系统上实现简单的Bulk类型批量传输也变得非常的方便快捷,在研发过程当中或者一些对于差异化要求不高的场合,是非常适用且容易实现的。本文致力于实现一个最简单的WinUSB通信系统,以满足此类需求。

如何让嵌入式设备枚举成WinUSB设备

系统通过USB描述符来确定以何种USB Class类型来工作。如果希望WINDOWS能够将嵌入式设备识别为WinUSB设备,则其描述符至少应当包含以下字段:

1、支持 OS 字符串描述符:

为了让 USB 驱动程序堆栈了解设备支持扩展的特征描述符,设备必须定义存储在字符串索引 0xEE 处的 OS 字符串描述符。在枚举过程中,驱动程序堆栈查询字符串描述符。如果存在描述符,驱动程序堆栈会假定设备包含一个或多个 OS 特征描述符和检索这些特征描述符所需要的数据。检索的字符串描述符具有 bMS_VendorCode 字段值。该值为1表示USB驱动程序堆栈必须用来检索扩展特征描述符的供应商代码。

#define bMS_VendorCode              ( 0x01 )

// "MSFT100" : index : 0xEE : langId : 0x0000

const U8 OS_StringDescritpor[ ] =

{ 0x12,  0x03,  'M',  0,  'S',  0,  'F',  0,  'T',  0,  '1',  0,  '0',  0,  '0',  0,  bMS_VendorCode,  0 };

2、设置兼容ID特征描述符:

const U8 WINUSB_ExtendedCompatId_Descritpor[ ] =

0x28, 0x00, 0x00, 0x00,           // dwLength

0x00, 0x01,                             // bcdVersion

0x04, 0x00,                             // wIndex

0x01,                                       // bCount

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,       // Reserved[7]

0x00,                   // bFirstInterfaceNumber

0x01,                  // RESERVED ( 0x01 )

'W', 'I', 'N', 'U', 'S', 'B', 0x00, 0x00,       // compactiableID[8]

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // subCompactiableID[8]

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00   // Reserved[6]

};

注:WinUSB还支持复合设备,对于单一传输类型最简系统,我们忽略复合设备的要求即可。compatibleID字段必须指定 "WINUSB" 作为字段值。其他可以根据需求更改。

3、注册设备接口 GUID描述符:

该描述符用于区分不同的WinUSB设备。

const U8 WINUSB_ExtendedProperty_InterfaceGUID_Descritpor[ ] =

0x8E, 0x00, 0x00, 0x00,  // dwTotalSize = Header + All sections

0x00, 0x01,                 // bcdVersion

0x05, 0x00,                 // wIndex

0x01, 0x00,                 // wCount

0x84, 0x00, 0x00, 0x00,     // dwSize -- this section

0x01, 0x00, 0x00, 0x00,     // dwPropertyDataType

0x28, 0x00,               // wPropertyNameLength  'D',0,'e',0,'v',0,'i',0,'c',0,'e',0,'I',0,'n',0x00,'t',0,'e',0,'r',0,'f',0,'a',0,'c',0,'e',0, 'G',0,'U',0,'I',0,'D',0,0,0,


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