基于PDIUSBD12芯片的USB應用開發

　　2 固件程序的開發

　　固件程序運行在USB外圍設備的單片機中，由它響應主機發送過來的USB的各種要求和數據傳輸。固件的組成主要有兩大部分，ISR(中斷程序)和主程序。中斷程序運行在后臺，負責USB芯片與單片機MPU的USB要求中斷響應與數據傳輸，中斷程序接收到主機發送來的USB要求和數據后就將它轉送給主程序并設置相應的標志位。主程序運行在前臺，它根據中斷程序傳給它的數據及標志位而進行實際的硬件動作。后臺ISR中斷服務程序和前臺主程序循環之間的數據交換通過事件標志和數據緩沖區來實現的。例如PDIUSBD12的批量輸出端點可使用循環的數據緩沖區，當PDIUSBD12 從USB收到一個數據包那么就對MPU 產生一個中斷請求，MPU立即響應中斷。在ISR中固件將數據包從PDIUSBD12內部緩沖區移到循環數據緩沖區并且隨后清空PDIUSBD12的內部緩沖區以使能接收新的數據包。MPU可以繼續它當前的前臺任務，直到完成任務后返回到主循環。同時檢查循環緩沖區內是否有新的數據并開始其它的前臺任務編寫固件程序可用匯編語言或者C語言，用C語言得有KEIL C編譯器的支持。但總體上它們的程序框架是一樣的。主體程序框架如圖3所示：

圖3 固件主程序框架

　　3 驅動程序開發

　　由于現代操作系統對內存、端口等資源均采取了保護措施。一般的應用程序不能夠直接訪問硬件，必須通過設備的驅動程序。設備驅動程序直接和硬件打交道的，并且運行于操作系統核心態，它像操作系統內核一樣具有最高的運行權限，所以它可以直接訪問硬件。

USB設備必須使用WDM（Win32 Driver Model）驅動程序模型，它是Microsoft公司定義的WIN32驅動程序模型。WDM是操作系統發展到現在的一種新型驅動程序模型，現在已經成為Windows操作系統驅動程序的主流。

　　在Windows系統下，和應用程序打交道主要有五層模型：硬件層、硬件抽象層、驅動程序、IO管理層和用戶運用程序。從用戶應用程序發出的請求一層一層地往下發送。USB的驅動程序還分為客戶驅動程序、根集線器驅動程序和總線驅動程序。用戶主要開發客戶驅動程序即可，蓁其余更底層的操作系統已經為用戶準備好。客戶驅動程序由一系列的例程(也即一般程序的函數)組成，它沒有main()函數入口點。因此，USB設備和驅動程序打交道必須由操作系統的IO管理層參與，它使用了一種全局量叫作IO請求包即IRP。主要工作原理如下：

　　(1)開始時用戶應用程序向驅動程序發出請求(Windows API函數)，并將相關的數據打包成IRP，IO管理器捕獲這個IRP包并進行相應的處理。

　　(2)IO管理器向客戶驅動程序發送IRP請求包，請求客戶驅動程序進行相應的處理。

　　(3)客戶驅動程序處理完接收到的IRP，設好相關環境后將之傳給更底層的驅動程序，最后由總線驅動程序完成對硬件的操作，并將結果返回。

　　用戶要做的事就是開發客戶驅動程序。本課題用的是基于WIN2000 DDK的DriverWorks驅動程序開發工具，同時還要VC++6.0編譯環境。這種工具可生成驅動程序框架，用戶進行修改并加入自己要實現的功能即可，大大縮短了開發的時間。

　　4 用戶應用程序

　　應用程序是實現硬件功能的全部體現。但應用程序不能直接訪問USB設備，它必須先與驅動程序通信，通過驅動程序來訪問USB設備。它的工作是向硬件發送數據或命令，這些數據和命令由驅動程序經過層層處理，最后發送到硬件實現相關的動作。應用程序與驅動程序打交道主要是通過操作系統的API函數。

　　其工作原理如下：

　　(1)應用程序通過調用CreateFile API函數取得USB設備的句柄。該符號鏈接包含一個全域惟一標識符（globally unique idenTIfier,GUID）。GUID是一個128位的號碼，Windows用來惟一識別一個設備對象。

　　(2)通過這個句柄，應用程序通過調用ReadFile和WriteFile API函數來讀寫USB設備，將數據返回到用戶緩沖區。

　　(3)通過這個句柄，應用程序通過調用DeviceIoControl API函數來向USB設備發出控制命令，以實現特定的要求，這個函數還可能有相應的數據傳輸。

　　(4)應用程序處理從USB設備接收到的數據，如果出錯，將給出相應的警告，如果成功，處理完后關閉設備的句柄。