WinCE5.0的USB Camera流接口驅動(dòng)開(kāi)發(fā)

　　引 言

　　WinCE5．0是一個(gè)32位、多任務(wù)、多線(xiàn)程的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統。USB Camera 以其良好的性能和低廉的價(jià)格得到廣泛的應用，同時(shí)因其靈活、方便的特性，易于集成到嵌入式系統中。通過(guò)采用USB Camera可以在WinCE5．0下方便地得到實(shí)時(shí)圖像。但是由于嵌入式硬件環(huán)境的多樣性以及WinCE5．0對USB設備驅動(dòng)開(kāi)發(fā)只提供了一些底層支持，攝像頭廠(chǎng)商尚未提供WinCE5．0下USB攝像頭的驅動(dòng)，因此開(kāi)發(fā)出WinCE5．0下USB攝像頭驅動(dòng)具有實(shí)際的意義和價(jià)值。本文正是針對這一情況，對WinCE5．0下USB設備驅動(dòng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行研究，并設計出基于流接口驅動(dòng)模型的USB攝像頭驅動(dòng)程序?，F在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的驅動(dòng)適用于Zc030x PLUS這一系列的攝像頭。Samstmg 2410為實(shí)驗的硬件平臺。

　　1 WinCE5．0下USB總線(xiàn)驅動(dòng)框架

　　USB系統由USB主機、一個(gè)或多個(gè)USB設備和物理總線(xiàn)組成。主機上又分兩層：較高的包含USB設備驅動(dòng)程序的軟件層和主機控制器硬件層，也稱(chēng)作“適配層”。主機的主要任務(wù)是控制對USB設備的雙向數據傳輸。物理總線(xiàn)是一組USB電纜，用來(lái)將控制器和外圍設備連接起來(lái)。WinCE5．0的USB系統軟件由兩層組成：USB設備驅動(dòng)程序層和底層的由WinCE5．0實(shí)現的USB函數層。

　　USB設備驅動(dòng)程序使用USB函數來(lái)建立與它們所控制設備的連接，并對這些設備進(jìn)行配置和通信。較低的USB函數層本身又由兩部分組成——較高的通用串行總線(xiàn)驅動(dòng)程序(USBD)模塊和較低的主控制器驅動(dòng)程序(HCD)模塊。HCD提供了抽象的主機控制器，且對主機控制器所見(jiàn)到的USB系統的數據傳輸進(jìn)行抽象。USBD提供一個(gè)抽象的設備，且對USBD客戶(hù)和USB設備功能部件之間的數據傳輸進(jìn)行抽象。USB設備驅動(dòng)程序使用USBD接口函數與外圍設備進(jìn)行通信。

　　IHV和USB設備制造商利用USBD提供的函數來(lái)實(shí)現USB設備的驅動(dòng)程序。OEM負責給基于WinCE的平臺提供HCD模塊，這樣相應的硬件才能與USBD模塊進(jìn)行交互。圖1說(shuō)明了與主機的USB硬件和外圍設備相對應的軟件的各個(gè)層。

　　2 WinCE5．0下流驅動(dòng)模型

　　基于WinCE5．0平臺的兩種專(zhuān)用的驅動(dòng)模型為：本機設備驅動(dòng)程序和流接口驅動(dòng)程序。本機設備驅動(dòng)程序適合于集成到WinCE 5．0 平臺的設備；而后者則是一般類(lèi)型的設備驅動(dòng)程序，適用于大部分外圍設備，如調制解調器、打印機等。對大多數USB外圍設備來(lái)說(shuō)，適用于采用流接口驅動(dòng)程序模型來(lái)開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序。

　　流接口驅動(dòng)程序是一種可以定制接口的驅動(dòng)模型，一般由設備管理器負責管理。它把設備管理器和應用程序的命令轉換成所控設備的適當動(dòng)作所需信息。流接口驅動(dòng)程序需要實(shí)現一組固定的流接口函數，供給WinCE5．0系統內核使用。

　　USB設備的流接口驅動(dòng)程序和WinCE5．0系統其他部件間的關(guān)系如圖2所示。流接口驅動(dòng)程序通過(guò)系統提供的文件系統API與應用程序交互；而系統通過(guò)設備管理器完成對流接口驅動(dòng)程序的加載、卸載等管理工作；流接口驅動(dòng)程序通過(guò)調用USBD模塊提供的接口函數實(shí)現與底層USB設備通信。

　　本文使用的流接口函數方法如表1所列。

　　USB設備驅動(dòng)程序必須輸出的函數有：

　?、賃SBDeviecAttach()。當USB設備連接到計算機上時(shí)，USBD模塊就會(huì )調用此函數。這個(gè)函數主要用于初始化USB設備，取得USB設備信息，配置USB設備，并且申請必需的資源。
　?、赨SBInstallDriver ()。主要用于創(chuàng )建一個(gè)驅動(dòng)程序加載所需的注冊表信息，例如讀／寫(xiě)超時(shí)、設備名稱(chēng)等。
　?、踀SBUninstallDriver ()。主要用于釋放驅動(dòng)程序所占用的資源，以及刪除UsbInstallDriver ()函數創(chuàng )建的注冊表等。

　　上述3個(gè)函數接口是所有的USB驅動(dòng)程序必須提供的，缺一不可。

　　另外較為重要的是USB設備驅動(dòng)程序的注冊表配置。一般的USB設備驅動(dòng)程序的注冊表配置在[HKEY_LOCAL＿M(jìn)ACHINE＼Drivers＼USB＼LoadClients＼口]下，每個(gè)驅動(dòng)程序的子鍵都有Group 1＿ID＼Group2＿ID＼Group3＿ID＼DriverName 格式，設備的子鍵由供應商、設備類(lèi)和協(xié)議信息通過(guò)下劃線(xiàn)組成。表2列出了允許的組合。

　　以本實(shí)驗所采用的USB Camera為例，該USB Cam-era的供應廠(chǎng)商ID為0X046d，設備ID為0x08a2，那么它的加載注冊表應該寫(xiě)為：

　　需要注意的是，注冊表的構成都是以十進(jìn)制數值來(lái)標識的，也要注意十進(jìn)制和十六進(jìn)制之間數的轉換。

　　3 WinCE5．0下USB攝像頭驅動(dòng)程序

　　實(shí)驗使用的USB Camera是中星微公司的301芯片組的Zc030x，它的Vid／Pid為0x046d、0x08a2。由于實(shí)時(shí)圖像數據傳送量比較大，很多USB Camera產(chǎn)品在圖像傳輸之前已進(jìn)行了數據壓縮處理，如果不知道解碼算法，是沒(méi)有辦法在WinCE上獲得圖像的。在開(kāi)發(fā)的時(shí)候主要使用SnoopyPro，它是一款可以分析USB通信數據的軟件，輔助進(jìn)行Zc030x的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工作，最后成功開(kāi)發(fā)出Zc030x在WinCE5．0下的驅動(dòng)程序。下面結合USBCamera驅動(dòng)開(kāi)發(fā)說(shuō)明驅動(dòng)中的數據流向和必要的函數使用。首先是具體的注冊表信息：

　　其中，hDevice是由系統提供的當前外設的句柄，通過(guò)它可以獲取外設的信息，如VID、PID等；UsbFuncs是系統提供的指向USBD函數的函數指針，通過(guò)它可以調用USBD函數，如GetlsochResult、IssuelsochTransfer等；AcceptControl指針指向的bool值需要我們確定，如果可控，令其為T(mén)RUE，否則為FALSE。

　　在這個(gè)函數里面，要做的工作包括確定外設是否可控，分配和填寫(xiě)設備的上下文內容，調用ActivateDevjce()函數在“Drivers＼USB＼ClientDrivers＼Camera＿Class”鍵值中注冊分配到的設備上下文的指針(其中Camera＿Class是對USB Camera的命名)，同時(shí)ActivateDevice在注冊表[HKEY＿LOCAL_MACHINE＼Drivers＼Active＼N]中登記設備上下文的指針，其中N為整數，它是系統自動(dòng)分配給此驅動(dòng)的數字。系統在調用ActivateDevice()過(guò)程中，又會(huì )自動(dòng)調用CAM＿Init函數。
　　DWORD CAM＿Init(LPCTSTR pContext，LPCVOIDIp VBusContext)

　　其中，pContext是系統自動(dòng)傳入的字符串內容，也是上面的鍵名，即[HKEY_LOCAL_MACHINE＼Drivers＼Active＼N]；CAM_Init要完成的就是在此鍵下讀出設備上下文的指針，將其作為DWORD返回；IpvBusContext不用考慮。

　　在USBDeviceAttach()中，最后要完成的工作是在此函數內調用USBD模塊的RegisterNotificationRoutine函數登記注冊DeviceNotify函數。這個(gè)DeviceNotify函數是必需的，在設備被移走后，系統調用這個(gè)函數完成相應的善后工作。

　　BOOL WINAPI DeviceNotify(LPVOID lpvNotifyPa-rameter DWORD dwCode．LPDWORD dwInf01．LPDW0RDdwlnfo2．LPDWORD dwlnfo3．LPDWORD dwlnfo4)

　　其中，IpvNotifyParameter是設備的上下文句柄，在RegisterNoticationRoutine中作為參數傳入；dwCode是系統調用此函數的原因，如設備被移走，dwcode的值就為USB_CLOSE＿DEVICE，相應的，用戶(hù)進(jìn)行卸載DLL工作；dwInfol，…，dwInfo4沒(méi)有使用。

　　自此，系統在USBDeviceAttach中完成對所加USB外設的驅動(dòng)加載。當有用戶(hù)調用CreateFile函數，系統會(huì )將用戶(hù)填入CreateFile()的參數值，直接傳到CAM_Open()。
　　DWORD CAM＿Open(DWORD hDeviceContext，DWORDAccessCode，DWORD ShareMode)

　　其中，hDeviceContext是驅動(dòng)上下文句柄，由系統自動(dòng)填充；AccessCode是訪(fǎng)問(wèn)模式，ShareMode是共享模式，均由CreateFile()傳遞過(guò)來(lái)；CAM_Open的工作是將hDe-viceContext以DWORD的形式返回，再作為CreateFile()的句柄值返回給用戶(hù)。當用戶(hù)調用CloseHandle()時(shí)，系統將直接調用CAM＿Close()，用于關(guān)閉一個(gè)驅動(dòng)程序。
　　B00L CAM＿Close(DWORD hOpenContext)

　　其中，hOpenContext是設備驅動(dòng)的引用事例句柄，由CAM_Open創(chuàng )建。本驅動(dòng)中，所有對USB Camera的操作均通過(guò)IOControl()映射到CAM_IOControl來(lái)完成。下面是CAM_IOControl的部分源碼分析：

　　由于本驅動(dòng)是針對USBCamera的，因此CAM＿Write、CAM＿Read、CAM＿PowerUp、CAM＿PowerDown并沒(méi)有內容；但是只要用戶(hù)調用WriteFile，系統就將映射到CAM＿Write。其他函數類(lèi)似。通常，Camera對圖像的壓縮采用標準是MJPEG算法。在Zc030x上正是采用這一算法完成對數據壓縮的。只要在驅動(dòng)上增加MJPEG的解碼算法，還原壓縮數據，就可以正確顯示圖像了。至此，整個(gè)USB Camera的驅動(dòng)編寫(xiě)工作完成。經(jīng)過(guò)實(shí)驗驗證，已經(jīng)實(shí)現了最高為25幀／s，大小為320×240的圖片的傳輸。

　　結 語(yǔ)

　　本文介紹了WinCE5．0下USB設備驅動(dòng)框架，結合USB Camera的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)實(shí)例說(shuō)明了在USB驅動(dòng)框架中驅動(dòng)數據的流動(dòng)方向，并已在中星微公司的301PLUS和303這兩個(gè)系列的攝像頭上得到成功運用和實(shí)踐。所采用的程序設計方法及思想，對其他類(lèi)似嵌入式系統軟件的設計也有較高的參考價(jià)值。