Практика программирования USB | Состояние: В продаже

    Вернуться к описанию книги

Полное содержание

Оглавление Введение	1
Для кого эта книга	1
Что вы найдете в книге	2
Программные требования	2
Аппаратные требования	2
О программном коде	3
Краткое описание глав	3
Обозначения	5
Благодарности	6
Обратная связь	6
ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О USB	7
Глава 1. Спецификация USB	9
1.1. Что такое USB и зачем это надо	9
1.1.1. Общая архитектура USB	11
1.1.2. Физическая и логическая архитектура USB	11
1.1.3. Составляющие USB	13
1.1.4. Свойства USB-устройств	14
1.1.5. Принципы передачи данных	15
1.1.6. Механизм прерываний	15
1.1.7. Режимы передачи данных	15
1.1.8. Логические уровни обмена данными	16
1.1.8.1. Уровень клиентского ПО	17
1.1.8.2. Уровень системного драйвера USB	17
1.1.8.3. Уровень хост-контроллера интерфейса	19
1.1.8.4. Уровень шины периферийного USB-устройства	19
1.1.8.5. Уровень логического USB-устройства	19
1.1.8.6. Функциональный уровень USB-устройства	19
1.1.9. Передача данных по уровням	20
1.1.10. Типы передач данных	21
1.1.11. Кадры	24
1.1.12. Конечные точки	25
1.1.13. Каналы	26
1.1.14. Пакеты	27
1.1.14.1. Формат маркер-пакетов IN, OUT, SETUP и PING	29
1.1.14.2. Формат пакета SOF	30
1.1.14.3. Формат пакета данных	30
1.1.14.4. Формат пакета подтверждения	31
1.1.14.5. Формат пакета SPLIT	31
1.1.15. Контрольная сумма	32
1.1.15.1. Алгоритм вычисления CRC	32
1.1.15.2. Программное вычисление CRC	34
1.1.16. Транзакции	37
1.1.16.1. Типы транзакций	37
1.1.16.2. Подтверждение транзакций и управление потоком	38
1.1.16.3. Протоколы транзакций	40
1.2. Запросы к USB-устройствам	42
1.2.1. Конфигурационный пакет	42
1.2.2. Стандартные запросы к USB-устройствам	46
1.2.2.1. Получение состояния GET_STATUS	46
1.2.2.2. Сброс свойства CLEAR_FEATURE	47
1.2.2.3. Разрешение свойства SET_FEATURE	47
1.2.2.4. Задание адреса на шине SET_ADDRESS	48
1.2.2.5. Получение дескриптора GET_DESCRIPTOR	48
1.2.2.6. Передача дескриптора SET_DESCRIPTOR	49
1.2.2.7. Получение кода конфигурации GET_CONFIGURATION	49
1.2.2.8. Задание кода конфигурации SET_CONFIGURATION	50
1.2.2.9. Получение кода настройки интерфейса GET_INTERFACE	50
1.2.2.10. Задание кода настройки интерфейса SET_INTERFACE	50
1.2.2.11. Задание номера кадра синхронизации SYNC_FRAME	51
1.2.2.12. Обработка стандартных запросов	51
1.2.3. Дескриптор устройства	52
1.2.3.1. Дескриптор устройства	52
1.2.3.2. Уточняющий дескриптор устройства	55
1.2.3.3. Дескриптор конфигурации	56
1.2.3.4. Дескриптор интерфейса	59
1.2.3.5. Дескриптор конечной точки	60
1.2.3.6 Дескриптор строки	63
1.2.3.7. Специфические дескрипторы	64
1.2.3.8. Порядок получения дескрипторов	65
1.3. Система Plug and Play (PnP)	69
1.3.1. Конфигурирование USB-устройств	70
1.3.2. Нумерация USB-устройств	70
1.3.3. PnP-идентификаторы USB-устройств	72
1.3.4. Символьные имена устройств	73
1.4. Модель WDM	74
Глава 2. Программирование на языке С для микроконтроллера	78
2.1. Общие сведения о языке С для микроконтроллеров	78
2.2. Использование стандартных библиотек	80
2.3. Программирование для AT89C5131	80
2.3.1. Файл инициализации	81
2.3.2. Структуры дескрипторов	83
2.3.3. Структура проекта	85
Глава 3. Инструменты	87
3.1. Программаторы	87
3.1.1. Программатор Flip	87
3.1.2. Программатор ER-Tronik	91
3.2. Инструменты создания драйверов	94
3.2.1. NuMega Driver Studio	94
3.2.2. Jungo WinDriver	94
3.2.3. Jungo KernelDriver	94
3.3. Средства Microsoft Visual Studio	94
3.3.1. Depends (Dependency Walker)	95
3.3.2. Error Lookup	95
3.3.3. GuidGen	95
3.4. Средства Microsoft DDK	96
3.4.1. DeviceTree	97
3.4.2. DevCon	97
3.4.2.1. Ключ classes	98
3.4.2.2. Ключ driverfiles	98
3.4.2.3. Ключ hwids	100
3.4.2.4. Ключ rescan	101
3.4.2.5. Ключ stack	101
3.4.2.6. Ключ status	102
3.4.3. ChkInf и GenInf	103
3.5. Средства CompuWare Corporation	103
3.5.1. Monitor	103
3.5.2. SymLink	104
3.5.3. EzDriverInstaller	104
3.5.4. WdmSniff	105
3.6. Средства SysInternals	106
3.6.1. WinObj	106
3.7. Средства USB Forum	106
3.7.1. HID Descriptor Tool	106
3.8. USB Command Verifier	109
3.9. Средства HDD Software	111
3.10. Средства Sourceforge	111
3.11. Программа мониторинга Bus Hound	112
Глава 4. Принципы использования функций Win32 в .NET	114
4.1. Общие сведения	114
4.2. Импорт функций Win32	115
4.3. Структуры	116
4.3.1. Атрибут StructLayout	117
4.3.2. Атрибут MarshalAs	118
4.4. Прямой доступ к данным	120
4.5. Обработка сообщений Windows	121
4.6. Общие сведения о WMI	122
4.7. Интернет-ресурсы к этой главе	124
ЧАСТЬ II. КЛАССЫ USB	125
Глава 5. Класс CDC	127
5.1. Методы преобразования интерфейсов USB/RS-232	127
5.2. Общие сведения об интерфейсе RS-232	128
5.2.1. Линии обмена	129
5.2.1.1. Передаваемые данные (ВА/TxD/TD)	130
5.2.1.2. Принимаемые данные (ВВ/RxD/RD)	130
5.2.1.3. Запрос передачи (СА/RTS)	130
5.2.1.4. Готовность к передаче (CB/CTS)	131
5.2.1.5. Готовность DCE (СС/DSR)	132
5.2.1.6. Готовность DTE (CD/DTR)	132
5.2.1.7. Индикатор вызова (СЕ/RI)	132
5.2.1.8. Обнаружение несущей (CF/DCD)	132
5.2.1.9. Готовность к приему (CJ)	133
5.3. Спецификация CDC	133
5.3.1. Стандартные дескрипторы	133
5.3.2. Функциональные дескрипторы	135
5.3.2.1. Заголовочный функциональный дескриптор	136
5.3.2.2. Дескриптор режима команд	137
5.3.2.3. Дескриптор абстрактного устройства	138
5.3.2.4. Дескриптор группирования	138
5.3.3. Специальные запросы	139
5.3.3.1. Запрос SET_LINE_CODING	139
5.3.3.2. Запрос GET_LINE_CODING	140
5.3.3.3. Запрос SET_CONTROL_LINE_STATE	140
5.3.3.4. Запрос SEND_BREAK	141
5.3.4. Нотификации	141
5.3.4.1. Нотификация RING_DETECT	141
5.3.4.2. Нотификация SERIAL_STATE	141
5.4. Поддержка CDC в Windows	142
5.4.1. Обзор функций Windows для работы с последовательными портами	142
5.4.1.1. Основные операции с портом	142
5.4.1.2. Функции настройки порта	143
5.4.1.3. Специальная настройка порта	143
5.4.1.4. Получение состояния линий модема	144
5.4.1.5. Работа с CDC на платформе .NET	144
5.4.2. Соответствие функций Windows и USB-запросов	144
Глава 6. Класс HID	146
6.1. Спецификация HID-устройств	146
6.2. Порядок обмена данными с HID-устройством	148
6.3. Установка драйвера HID-устройства	149
6.4. Идентификация HID-устройства	149
6.4.1. Идентификация загрузочных устройств	150
6.4.2. Дескриптор конфигурации HID-устройства	150
6.4.3. HID-дескриптор	151
6.4.4. Дескриптор репорта	153
6.5. Структура дескриптора репорта	153
6.5.1. Элементы репорта	154
6.5.1.1. Элементы короткого типа	154
6.5.1.2. Элементы длинного типа	154
6.5.2. Типы элементов репорта	155
6.5.2.1. Основные элементы	155
6.5.2.2. Глобальные элементы	158
6.5.2.3. Локальные элементы	161
6.5.3. Примеры дескрипторов	162
6.6. Запросы к HID-устройству	165
6.6.1. Запрос GET_REPORT	166
6.6.2. Запрос SET_REPORT	167
6.6.3. Запрос GET_IDLE	167
6.6.4. Запрос SET_IDLE	168
6.6.5. Запрос GET_PROTOCOL	168
6.6.6. Запрос SET_PROTOCOL	169
6.7. Инструменты	169
6.8. Драйверы для HID-устройств в Windows	169
Глава 7. Другие классы USB	179
ЧАСТЬ III. ПРАКТИКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ USB	181
Глава 8. Создание USB-устройства на основе AT89C5131	183
8.1. Общая информация об AT89C5131	183
8.2. Структурная схема AT89C5131	185
8.3. USB-регистры AT89C5131	187
8.3.1. Регистр USBCON	187
8.3.2. Регистр USBADDR	189
8.3.3. Регистр USBINT	190
8.3.4. Регистр USBIEN	191
8.3.5. Регистр UEPNUM	192
8.3.6. Регистр UEPCONX	193
8.3.7. Регистр UEPSTAX	195
8.3.8. Регистр UEPRST	197
8.3.9. Регистр UEPINT	198
8.3.10. Регистр UEPIEN	199
8.3.11. Регистр UEPDATX	200
8.3.12. Регистр UBYCTLX	201
8.3.13. Регистр UFNUML	201
8.3.14. Регистр UFNUMH	201
8.4. Cхемотехника AT89C5131	202
8.5. Базовый проект для AT89C5131	204
8.5.1. Первая версия программы для AT89C5131	204
8.5.2. Добавляем строковые дескрипторы	226
8.5.3. Добавление конечных точек	231
8.6. Загрузка программы	235
Глава 9. Реализация класса CDC	236
9.1. Реализация CDC	236
9.2. Дескрипторы устройства	237
9.2.1. Инициализация конечных точек	240
9.2.2. Обработка CDC-запросов	241
9.2.3. Конфигурирование RS-порта и CDC-линии	243
9.2.4. Прием и передача данных	244
9.3. Установка драйвера	247
9.4. Программирование обмена данными с CDC-устройством на языке Delphi	249
9.5. Программирование обмена с CDC-устройством на языке C#	279
9.5.1. Использование компонента MSCOMM	279
9.5.2. Использование функций Win32	283
9.6. Проблемы CDC	289
Глава 10. Реализация класса HID	290
10.1. Реализация HID на AT89C5131	290
10.2. Передача нескольких байтов	296
10.3. Feature-репорты	298
10.4. Передача данных от хоста (SET_REPORT)	300
10.5. Установка HID-устройства	301
10.6. Обмен данными с HID-устройством	301
10.6.1. Получение имени HID-устройства	302
10.6.2. Получение атрибутов устройства и чтение репортов	305
10.6.3. Передача данных от хоста к HID-устройству	311
10.7. Примеры HID-устройств	312
10.7.1. Реализация устройства "мышь"	312
10.7.2. Реализация устройства "клавиатура"	313
10.8. Использование HID-протокола	316
10.8.1. Интерпретация данных	318
10.8.2. Коллекции	320
10.8.3. Массивы и кнопки	326
10.9. HID-устройство с несколькими репортами	329
Глава 11. Специальные функции Windows	332
11.1. Функции Setup API	332
11.1.1. Перечисление USB-устройств	332
11.1.2. Получение состояния USB-устройства	342
11.2. Перечисление USB-устройств с помощью WMI	345
11.3. Специальные функции Windows XP	347
11.3.1. HidD_GetInputReport — чтение HID-репортов	347
11.3.2. Получение данных Raw Input	348
11.4. Функции DirectX	357
11.5. Диалог добавления нового оборудования	363
11.6. Работа с символьными именами устройств	364
11.7. Безопасное извлечение флэш-дисков	368
11.8. Обнаружение добавления и удаления устройств	374
11.9. Интернет-ресурсы	378
Глава 12. Разработка драйвера	379
12.1. Основные процедуры драйвера WDM	379
12.1.1. Процедура DriverEntry	379
12.1.2. Процедура AddDevice	382
12.1.3. Процедура Unload	384
12.1.4. Рабочие процедуры драйвера	386
12.1.4.1. Заголовок пакета	386
12.1.4.2. Ячейки стека ввода/вывода	387
12.4.1.3. Рабочие процедуры драйвера	388
12.1.5. Обслуживание запросов IOCTL	393
12.2. Загрузка драйвера и обращение к процедурам драйвера	399
12.2.1. Процедура работы с драйвером	399
12.2.2. Регистрация драйвера	401
12.2.2.1. Регистрация с помощью SCM-менеджера	401
12.2.2.2. Параметры драйвера в реестре	406
12.2.3. Обращение к рабочим процедурам	408
12.2.4. Хранение драйвера внутри исполняемого файла	409
12.3. Создание драйвера с помощью Driver Studio	411
12.3.1. Несколько слов о библиотеке Driver Studio	413
12.3.1.1. Класс KDriver	413
12.3.1.2. Класс KDevice	413
12.3.1.3. Класс KIrp	414
12.3.1.4. Класс KRegistryKey	414
12.3.1.5. Класс KLowerDevice	414
12.3.1.6. Классы USB	416
12.3.2. Другие классы Driver Studio	417
12.3.3. Создание шаблона драйвера с помощью Driver Studio	417
12.3.3.1. Шаг 1. Задание имени и пути проекта	418
12.3.3.2. Шаг 2. Выбор архитектуры драйвера	418
12.3.3.3. Шаг 3. Выбор шины	418
12.3.3.4. Шаг 4. Задание набора конечных точек	420
12.3.3.5. Шаг 5. Задание имени класса и файла	421
12.3.3.6. Шаг 6. Выбор функций драйвера	421
12.3.3.7. Шаг 7. Выбор способа обработки запросов	423
12.3.3.8. Шаг 8. Создание сохраняемых параметров драйвера	424
12.3.3.9. Шаг 9. Свойства драйвера	425
12.3.3.10. Шаг 10. Задание кодов IOCTL	427
12.3.3.11. Шаг 11. Дополнительные настройки	427
12.3.4. Доработка шаблона драйвера	429
12.3.5. Базовые методы класса устройства	429
12.3.6. Реализация чтения данных	433
12.3.7. Установка драйвера	434
12.3.8. Программа чтения данных	435
12.3.9. Чтение данных с конечных точек других типов	445
12.3.10. "Чистый" драйвер USB-устройства	446
ЧАСТЬ IV. СПРАВОЧНИК	465
Глава 13. Формат INF-файла	467
13.1. Структура INF-файла	467
13.1.1. Секция Version	468
13.1.2. Секция Manufacturer	470
13.1.3. Секция DestinationDirs	472
13.1.3.1. Ключ DefaultDescDir	472
13.1.3.2. Ключи file-list-section	472
13.1.3.3. Ключ dirid	473
13.1.3.4. Ключ subdir	474
13.1.4. Секция описания модели	474
13.1.5. Секция xxx.AddReg и xxx.DelReg	475
13.1.6. Секция xxx.LogConfig	477
13.1.7. Секция xxx.CopyFiles	477
13.1.8. Секция Strings	479
13.1.9. Связи секций	479
13.2. Создание и тестирование INF-файлов	480
13.3. Установка устройств с помощью INF-файла	482
13.4. Ветки реестра для USB	482
Глава 14. Базовые функции Windows	484
14.1. Функции CreateFile и CloseHandle: открытие и закрытие объекта	484
14.1.1. Дополнительные сведения	485
14.1.2. Возвращаемое значение	486
14.1.3. Пример вызова	486
14.2. Функция ReadFile: чтение данных	488
14.2.1. Дополнительные сведения	489
14.2.2. Возвращаемое значение	490
14.2.3. Пример вызова	490
14.3. Функция WriteFile: передача данных	491
14.3.1. Дополнительные сведения	492
14.3.2. Возвращаемое значение	492
14.3.3. Пример вызова	493
14.4. Функция ReadFileEx: APC-чтение данных	494
14.4.1. Возвращаемое значение	495
14.4.2. Дополнительные сведения	495
14.4.3. Пример вызова	496
14.5. Функция WriteFileEx: APC-передача данных	496
14.5.1. Возвращаемое значение	497
14.5.2. Пример вызова	497
14.6. Функция WaitForSingleObject: ожидание сигнального состояния объекта	498
14.6.1. Возвращаемое значение	499
14.7. Функция WaitForMultipleObjects: ожидание сигнального состояния объектов	499
14.7.1. Возвращаемое значение	500
14.8. Функция GetOverlappedResult: результат асинхронной операции	501
14.8.1. Возвращаемое значение	502
14.9. Функция DeviceIoControl: прямое управление драйвером	502
14.9.1. Возвращаемое значение	504
14.10. Функция CancelIo: прерывание операции	504
14.10.1. Возвращаемое значение	504
14.11. Функция QueryDosDevice: получение имени устройства по его DOS-имени	505
14.11.1. Возвращаемое значение	505
14.11.2. Пример вызова	506
14.12. Функция DefineDosDevice: операции с DOS-именем устройства	507
14.12.1. Возвращаемое значение	507
14.12.2. Пример вызова	507
Глава 15. Структуры и функции Windows для последовательных портов	509
15.1. Структура настроек порта COMMCONFIG	509
15.2. Структура свойств порта COMMPROP	511
15.3. Структура тайм-аутов COMMTIMEOUTS	518
15.4. Структура статуса порта COMSTAT	520
15.5. Структура DCB	522
15.6. Функция BuildCommDCB: создание структуры DCB из строки	528
15.6.1. Дополнительные сведения	530
15.6.2. Возвращаемое значение	530
15.6.3. Пример вызова	530
15.7. Функция BuildCommDCBAndTimeouts: создание структуры DCB и тайм-аутов из строки	531
15.8. Функции SetCommBreak и ClearCommBreak: управление выводом данных	531
15.8.1. Возвращаемое значение	532
15.9. Функция ClearCommError: получение и сброс ошибок порта	532
15.9.1. Возвращаемое значение	533
15.10. Функция EscapeCommFunction: управление портом	534
15.10.1. Возвращаемое значение	534
15.11. Функции GetCommMask и SetCommMask: маска вызова событий	535
15.11.1. Возвращаемое значение	535
15.12. Функция WaitCommEvent: ожидание события COM-порта	536
15.12.1. Возвращаемое значение	537
15.12.2. Дополнительные сведения	537
15.12.3. Пример вызова	537
15.13. Функции GetCommConfig и SetCommConfig: конфигурирование параметров порта	540
15.13.1. Возвращаемое значение	541
15.13.2. Пример вызова	541
15.14. Функция CommConfigDialog: диалог конфигурирования порта	542
15.14.1. Возвращаемое значение	543
15.14.2. Дополнительные сведения	543
15.14.3. Пример вызова	543
15.15. Функция GetCommProperties: прочитать свойства порта	544
15.15.1. Возвращаемое значение	544
15.15.2. Пример вызова	544
15.16. Функции GetCommState и SetCommState: состояние порта	544
15.16.1. Возвращаемое значение	545
15.16.2. Пример вызова	545
15.17. Функции GetCommTimeouts и SetCommTimeouts: тайм-ауты порта	546
15.17.1. Возвращаемое значение	547
15.17.2. Пример вызова	547
15.18. Функция PurgeComm: сброс буферов порта	547
15.18.1. Возвращаемое значение	548
15.18.2. Пример вызова	548
15.19. Функция SetupComm: конфигурирование размеров буферов	548
15.19.1. Возвращаемое значение	550
15.20. Функции GetDefaultCommConfig и SetDefaultCommConfig: настройки порта по умолчанию	550
15.20.1. Возвращаемое значение	551
15.21. Функция TransmitCommChar: передача специальных символов	551
15.21.1. Возвращаемое значение	551
15.22. Функция GetCommModemStatus: статус модема	552
15.22.1. Возвращаемое значение	552
15.22.2. Пример вызова	553
15.23. Функция EnumPorts: перечисление портов	553
15.23.1. Дополнительные сведения	555
15.23.2. Возвращаемое значение	555
15.23.3. Пример вызова	555
Глава 16. Структуры и функции Windows Setup API	557
16.1. Функция SetupDiGetClassDevs: перечисление устройств	557
16.1.1. Возвращаемое значение	558
16.2. Функция SetupDiDestroyDeviceInfoList: освобождение блока описания устройства	558
16.2.1. Возвращаемое значение	559
16.3. Функция SetupDiEnumDeviceInterfaces: информация об устройстве	559
16.3.1. Возвращаемое значение	560
16.4. Функция SetupDiGetDeviceInterfaceDetail: детальная информация об устройстве	561
16.5. Функция SetupDiEnumDeviceInfo: информация об устройстве	562
16.6. Функция SetupDiGetDeviceRegistryProperty: получение Plug and Play свойств устройства	564
16.7. Функция CM_Get_DevNode_Status: статус устройства	565
16.8. Функция CM_Request_Device_Eject: безопасное извлечение устройства	566
Глава 17. Структуры и функции Windows HID API	568
17.1. Функция HidD_Hello: проверка библиотеки	568
17.2. Функция HidD_GetHidGuid: получение GUID	569
17.3. Функция HidD_GetPreparsedData: создание описателя устройства	570
17.4. Функция HidD_FreePreparsedData: освобождение описателя устройства	571
17.5. Функция HidD_GetFeature: получение Feature-репорта	571
17.6. Функция HidD_SetFeature: передача Feature-репорта	573
17.7. Функция HidD_GetNumInputBuffers: получение числа буферов	573
17.8. Функция HidD_SetNumInputBuffers: установка числа буферов	574
17.9. Функция HidD_GetAttributes: получение атрибутов устройства	575
17.10. Функция HidD_GetManufacturerString: получение строки производителя	576
17.11. Функция HidD_GetProductString: получение строки продукта	578
17.12. Функция HidD_GetSerialNumberString: получение строки серийного номера	578
17.13. Функция HidD_GetIndexedString: получение строки по индексу	579
17.14. Функция HidD_GetInputReport: получение Input-репорта	580
17.15. Функция HidD_SetOutputReport: передача Output-репорта	581
17.16. Функция HidP_GetCaps: получение свойств устройства	581
17.17. Функция HidP_MaxDataListLength: получение размеров репортов	584
17.18. Функция HidD_FlushQueue: сброс буферов	585
17.19. Функция HidP_GetLinkCollectionNodes: дерево коллекций	585
17.20. Функции HidP_GetScaledUsageValue и HidP_SetScaledUsageValue: получение и задание преобразованных значений	586
17.21. Функция HidP_MaxUsageListLength: размер буфера для кодов клавиш	587
17.22. Функция HidP_UsageListDifference: различие между массивами	587
ПРИЛОЖЕНИЯ	589
Приложение 1. Дополнительные функции	591
Приложение 2. Компиляция примеров в других версиях Delphi	592
Приложение 3. Таблица идентификаторов языков (LangID)	593
Приложение 4. Таблица кодов производителей (Vendor ID, Device ID)	596
Приложение 5. Как создать ярлык Device Manager	598
Приложение 6. Часто задаваемые вопросы	599
Приложение 7. Описание компакт-диска	600
Литература	602
Предметный указатель	603
XIV Оглавление XIII Оглавление

* Цены приведены для магазина "Новая техническая книга" (Санкт-Петербург, Измайловский пр., д. 29).