如何使用WinUSB？-Java 学习之路

这是我上一个问题的后续行动，Need to write driver for USB peripheral device?

背景

我正在使用STM32微控制器（裸机/无操作系统）设计USB外设 . 该设备偶尔会连接到Windows PC，并在每个方向传输几KB数据 . 将有一个定制的PC应用程序，使用专有协议（即USB有效载荷）控制数据传输 .

PC将永远是主设备（发起者） - 它将发送命令，设备将发出响应，在单个命令或响应中，任意方向上最多可传输几百个字节的数据 . 我想我会想要使用USB批量传输模式 .

选项1 - USB CDC

据我所知，一个选项是我可以使用USB通信设备类（CDC） . 在设备方面，我可以使用ST的示例代码用于USB CDC，例如，来自STM32Cube . 在PC端，设备将显示为虚拟COM端口（VCP） . 然后在软件中我必须定义我的消息格式，命令等 .

我是否正确解释了这一点？

选项2 - WinUSB

我无法理解这是什么，以及如何使用它 .

WinUSB与USB设备类的关系是什么？它似乎起到了“通用”USB类的作用，但我找不到任何解释它的文档 .
WinUSB是否提供任何内置的消息分隔符？例如WinUsb_WritePipe将缓冲区的内容作为原子单位发送到设备吗？或者我只是像VCP / UART那样获得原始流？
如何在设备上实现WinUSB？有可用的示例代码吗？（最好是STM32 . ）

选择

为我的申请选择选项1和2有哪些相关注意事项？

3 回答

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- 是的，您正确描述了USC CDC ACM .
- WinUSB用于支持没有特定设备类的设备 . 如果您的设备实现了人机接口设备，大容量存储设备或通信设备（CDC）等设备类，则只需使用操作系统附带的驱动程序与该设备通信即可 . 如果你想要一个更加可定制和灵活的USB接口，不推荐它 . 有些人编写的驱动程序是WinUSB的替代品：您可以查找libusbK，libusb0.sys和UsbDK作为示例 . WinUSB的优势在于它带有Windows，所以我不会使用其他驱动程序，除非它具有您真正需要的特定功能 .
- 我相信 WinUSB_WritePipe 将数据作为单个USB传输发送 . 传输在USB规范中有特定的定义 . 您可以判断传输何时结束，因为您将在传输结束时收到一个短数据包 . 短数据包是一个小于 endpoints 最大数据包大小的数据包，它可能是零长度 . 你应该仔细检查这是否真的是真的;尝试发送一个最大数据包大小的倍数的传输，并确保Windows在结束时发送一个零长度数据包 . 顺便说一句，您应该考虑将数据作为控制传输或 endpoints 0上的一系列控制传输发送 . 控制传输具有内置的请求概念和对请求的响应 . 尽管名称，控制转移可用于传输大量数据;它们通常用于USB引导加载程序（参见DFU类） . 使用控制传输而不是非零 endpoints 的另一个优点是，您不必添加额外的 endpoints 描述符并初始化固件中的 endpoints . 您的USB堆栈应该具有处理自定义控制传输的机制，您应该只需编写一些回调函数就可以进行自定义控制传输 .
- 要在设备端实现WinUSB，您需要编写自己的USB描述符，然后使用低级USB传输命令从 endpoints 读取和写入数据，或者在 endpoints 0上处理特定于供应商的控制传输 . 我不熟悉STM32 USB库，但您应该能够识别实现控制传输和IN和OUT endpoints 的核心组件，而无需对设备类进行任何特定操作 . 这是您学习如何使用的组件 .
- 默认情况下，您应该使用WinUSB而不是USB CDC ACM . 使用USB CDC ACM的唯一原因是，如果您的设备实际上是串行端口，或者您希望人们更容易在各种编程语言和环境中与您的设备通信 . 大多数编程语言都支持串行端口，但用户仍然必须在生成特定命令格式的代码之上编写代码，因此它实际上并没有给你那么多 . USB CDC ACM的一个问题是，如果设备在打开手柄时断开连接，然后重新连接，各种USB CDC ACM驱动程序可以经常陷入糟糕的状态 . 特别是，Windows 10之前的usbser.sys不能很好地处理这个问题，您通常必须拔出并重新插入设备才能使COM端口再次可用 . USB CDC ACM使用批量 endpoints 进行数据传输，因此没有延迟保证 . 使用WinUSB，您可以选择使用中断 endpoints ，以确保始终为每个USB帧传输一个数据包 .
回复于 2024-04-29T07:30:34+08:00

WinUSB由两部分组成：

WinUsb.sys是一个内核模式驱动程序，可以作为过滤器或功能驱动程序安装在USB设备的内核模式设备堆栈中的协议驱动程序之上 .
WinUsb.dll是一个公开WinUSB API的用户模式DLL . 当应用程序作为设备的功能驱动程序安装时，应用程序可以使用此API与WinUsb.sys进行通信 . WinUSB.dll暴露的WinUSB API . WinUSB以联合安装程序包WinUSBCoInstaller.dll的形式包含在Windows驱动程序工具包（WDK）中，位于WinDDK \ BuildNumber \ Redist \ Winusb中 .

要在应用程序中使用WinUSB API：

包括WinUsb.h
将WinUsb.lib添加到链接到您的应用程序的库列表 .
Usb100.h包含一些有用宏的声明 .
使用设备接口GUID获取设备路径 . 正确的GUID是您在INF中用于安装WinUsb.sys的GUID .
通过将在INF中定义的设备接口GUID传递给SetupDiGetClassDevs来获取设备信息集的句柄 . 该函数返回一个HDEVINFO句柄 .
调用SetupDiEnumDeviceInterfaces枚举系统的设备接口并获取设备接口的信息 .
调用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail以获取设备接口的详细数据 .
调用GetDevicePath函数以获取设备路径 .
将设备路径传递给CreateFile以获取设备的文件句柄 . 使用ReadFile和WriteFile与设备通信 .
将文件句柄传递给WinUsb_Initialize以初始化WinUSB并获取WinUSB句柄 . 当您调用WinUSB API函数时，使用设备的WinUSB句柄来识别设备，而不是设备的文件句柄 .

对于更高级的解决方案 - 使用功能：

WinUsb_QueryDeviceInformation获取设备的速度 .
WinUsb_QueryInterfaceSettings获取相应的接口描述符 . WinUSB句柄对应于第一个接口 .
WinUsb_QueryPipe获取有关每个 endpoints 的信息 .
WinUsb_WritePipe将缓冲区写入设备 - 默认行为：零长度写入在堆栈中向下转发 . 如果传输长度大于最大传输长度，WinUSB会将请求分成较小的最大传输长度请求并按顺序提交 .
更多功能和信息：http://download.microsoft.com/download/9/c/5/9c5b2167-8017-4bae-9fde-d599bac8184a/winusb_howto.docx

出于调试目的，您可能需要：winusbtrace_tool https://blogs.msdn.microsoft.com/usbcoreblog/2010/02/05/how-to-generate-and-view-a-winusb-debug-trace-log/; Wireshark https://www.wireshark.org带USBPcap插件 .

其他示例：http://searchingforbit.blogspot.com/2012/04/winusb-communication-with-stm32-part-1.html . 示例模板随Visual Studio一起提供 .

您还需要具备编写.inf文件的知识 .

另一种与USB通信的简便方法 - libusb-win32 https://sourceforge.net/projects/libusb-win32/

我的简单示例控制台应用程序向设备发送小的（用于保持活动状态）数据块：

#include "stdafx.h"
#include <SetupAPI.h>
#include <Hidsdi.h> 
#include <devguid.h> 
#include <winusb.h>
#include <usb.h>
#pragma comment(lib, "hid.lib")
#pragma comment(lib, "setupapi.lib")
#pragma comment(lib, "winusb.lib")
#include <iUString.h> 


iString<char> DevicePath;
bool                    WinusbHandle_Open=false;
bool                    DeviceHandle_Open = false;
WINUSB_INTERFACE_HANDLE WinusbHandle;
HANDLE                  DeviceHandle;
UCHAR usb_out_buffer[64];
DEFINE_GUID(GUID_DEVCLASS_WINUSB, 0x88bae032L, 0x5a81, 0x49f0, 0xbc, 0x3d, 0xa4, 0xff, 0x13, 0x82, 0x16, 0xd6);
DEFINE_GUID(GUID_DEVCLASS_STL, 0xf177724dL, 0x74d3, 0x430e, 0x86, 0xb5, 0xf0, 0x36, 0x89, 0x10, 0xeb, 0x23);
GUID winusb_guid;
GUID stl_guid;

bool connectusb();
void  disconnectusb();




int main()
{
    DWORD n;
    DWORD   numEvents;
    HANDLE rHnd;    

WinusbHandle_Open = false;
DeviceHandle_Open = false;
winusb_guid = GUID_DEVCLASS_WINUSB;
stl_guid = GUID_DEVCLASS_STL;
usb_out_buffer[0] = 0;
usb_out_buffer[1] = 1;
usb_out_buffer[2] = 2;
usb_out_buffer[3] = 3;

ULONG bytesWritten;
ULONG timeout;
timeout = 100;
rHnd = GetStdHandle(STD_INPUT_HANDLE);

WinUsb_SetPipePolicy(WinusbHandle, 0x01, PIPE_TRANSFER_TIMEOUT, sizeof(ULONG), &timeout);

timeout = TRUE;
WinUsb_SetPipePolicy(WinusbHandle, 0x01, AUTO_CLEAR_STALL, sizeof(ULONG), &timeout);


timeout = TRUE;
WinUsb_SetPipePolicy(WinusbHandle, 0x01, RAW_IO, sizeof(ULONG), &timeout);//Bypasses queuing and error handling to boost performance for multiple read requests.


while (true)
{
if ((!WinusbHandle_Open) || (!WinusbHandle_Open)) { if (!connectusb())Sleep(2000); }
if ((!WinusbHandle_Open) || (!WinusbHandle_Open))continue;

bytesWritten = 0;
if (!WinUsb_WritePipe(WinusbHandle, 0x01, &usb_out_buffer[0], 2, &bytesWritten, NULL))
{
    n = GetLastError();
disconnectusb();
}
Sleep(2000);
}
disconnectusb();
return 0;
}




bool connectusb()
{
    BOOL                             bResult = FALSE;
    HDEVINFO                         deviceInfo;
    SP_DEVICE_INTERFACE_DATA         interfaceData;
    PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA detailData = NULL;
    DWORD n;
    SP_DEVINFO_DATA devinfo;
    BYTE devdetailbuffer[4096];
    bool found;

    deviceInfo = SetupDiGetClassDevs(&stl_guid, NULL, NULL, DIGCF_PRESENT | DIGCF_DEVICEINTERFACE);
    if (deviceInfo == INVALID_HANDLE_VALUE) { return false; }

    found = false;
    for (n = 0;; n++)
    {

        interfaceData.cbSize = sizeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DATA);

        if (!SetupDiEnumDeviceInterfaces(deviceInfo, NULL, &stl_guid, n, &interfaceData))
        {
            n = GetLastError();
            break;
        }




        detailData = (PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA)devdetailbuffer;
        detailData->cbSize = sizeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA);
        devinfo.cbSize = sizeof(devinfo);
        if (!SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(deviceInfo, &interfaceData, detailData, sizeof(devdetailbuffer), NULL, &devinfo)) { printf("SetupDiGetDeviceInterfaceDetail: %u\n", GetLastError()); break; }
        if (IsEqualGUID(devinfo.ClassGuid, winusb_guid))
        {
            if ((-1 != iStrPos(detailData->DevicePath, "VID_0483")) || (-1 != iStrPos(detailData->DevicePath, "vid_0483")))
            {
                if ((-1 != iStrPos(detailData->DevicePath, "PID_576B")) || (-1 != iStrPos(detailData->DevicePath, "pid_576b")))
                {

                    DevicePath = detailData->DevicePath;
                    found = true;
                    break;
                }
            }
        }
    }



SetupDiDestroyDeviceInfoList(deviceInfo);
if (!found)return false;


DeviceHandle = CreateFile(DevicePath.Buffer() ,
    GENERIC_WRITE | GENERIC_READ,
    FILE_SHARE_WRITE | FILE_SHARE_READ,
    NULL,
    OPEN_EXISTING,
    FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,
    NULL);

if (INVALID_HANDLE_VALUE == DeviceHandle) {
    n = GetLastError();
}

if (INVALID_HANDLE_VALUE == DeviceHandle) return false;
DeviceHandle_Open = true;



if (!WinUsb_Initialize(DeviceHandle, &WinusbHandle))
 {
     n = GetLastError();
     CloseHandle(DeviceHandle); DeviceHandle_Open = false;
     return false;
 }



WinusbHandle_Open = true;
return true;
}

void  disconnectusb()
{
    if (WinusbHandle_Open) { WinUsb_Free(WinusbHandle); WinusbHandle_Open = false; }
    if (DeviceHandle_Open) { CloseHandle(DeviceHandle); DeviceHandle_Open = false; }
}

回复于 2024-04-29T07:30:34+08:00

2

我还必须做同样的要求：PC <==> STM
Microsoft在WinUSB上有很多文档 . 以下是我看到的回答你问题的内容......

自定义USB设备示例
https://github.com/Microsoft/Windows-universal-samples/tree/master/Samples/CustomUsbDeviceAccess

为USB设备开发Windows应用程序 - C＃和VB
https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/usbcon/developing-windows-applications-that-communicate-with-a-usb-device

用于USB设备的Windows桌面应用程序
https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/usbcon/windows-desktop-app-for-a-usb-device

如何使用WinUSB函数访问USB设备
https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/usbcon/using-winusb-api-to-communicate-with-a-usb-device

开发USB主控制器的Windows驱动程序
https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/usbcon/developing-windows-drivers-for-usb-host-controllers

Windows.Devices.Usb Windows.Devices.Usb命名空间
https://docs.microsoft.com/en-us/uwp/api/windows.devices.usb

回复于 2024-04-29T07:30:34+08:00

如何使用WinUSB？

背景

选项1 - USB CDC

选项2 - WinUSB

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