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论 文武J}凄理歹大署申请学位级别—亟土学科专业名称控剑型堂皇工分类号——指导教师姓名二臣丝二职称』篮堑盈学位—亟二L—学位
论文S地亟Y笪盟鱼旦曼曼壅皿卫星△啦卫li曼堑iQ旦£!Qg迦学位授予单位武这理王太堂学位授予日期2Q!!笙鱼且
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代码!Q垒2Z1年5月研究生姓名USBBasedThe201430070on 文 论 文(签名)多眵i咨日期:1‖f.易、1研究生(签名):聂锄导师 论关于
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论文是本人在导师指导下进行的研究工作签名:L 论 文IIlIIllI!lrlrIIIIIIY1879880中文摘要通用串行总线(USB--Universal动程序。
通过对其特点、关键概念、开发方法进行介绍后,将着重分析该模式口的设备也越来越多。
传输方式,设备枚举及USB设备描述符等内容。
上位机应用程序采用VC6.0开发工具,通过调用W’m32API函数的打开设备及关闭设备CloseFileO等函数实现与基于USB接口的通信。
一个特色,使用该工具构建USB设备驱动程序的方法和其中关键例程的实现都本文对我们在研究和开发USB接口工作中的不足之处和需要改进的地方进率、即插即用、热插拔、易扩充和低成本等。
行了总结,同时也展望了USB发展的美好前景。
关键词:USB,设备驱动,WDM,VC6.0CreateFile0、读/写设备WriteFile0/ReadFile0、I/O设备控制DevicelOControl0NRZI编码方式,控制传输、批量传输、中断传输以及等时传输四种USB数据研究USB接口的通信协议,包括USB基本架构与总线结构,硬件规范,XP操作系统内核模式下的WDM驱后,USB的应用更加广泛,目前已经成为PC的标准接口了,而且应用USB接随着USB2.0通用串行总线规范的发布,将USB的传输速度提高到480Mb/s本文另一个重点研究的内容是Windows型接口,相对于PC传统的串/并行接口,USB具有诸多优点如较高的数据传输Bus)是计算机与外部设备连接的新可以作为今后WDM驱动程序研究和开发的借鉴。
Serial 论下的USB驱动程序的架构。
采用DriverStudio开发USB设备驱动程序是本文的武汉理工大学硕士学位
论文 文 论 文device,communicationmodel.Thedetailed.TheTheadvantagesbeDriver,WDM,VC6.0Windowsthroughput,plug—and—play,andswitchingWDMPOrt,swapping,expandabilityWin32byCanVC6.0,bycharacteristics,mainOurinterface.ApartusefutureAbstract武汉理工大学硕:t学位
论文480Mb/s,theextended.Nowadays,USBWimmanyhigherstructure,businsystempivotalStudio.Somebedevice,I/OclosingmeansimplementtechniqueDriverdriverarchitectureimprovemethodsdevelopmentbyfromdeviceworkisdevelopthis,thefeaturesequentially.openingrealizedneedenumerationtransmission,equipmentfourisochronoustransfer、interrupttransfer,bulkpaRemstandards,NRZIarchitecture,hardwareKeywords:USB,Devicebasicprotoc01.Itcommunicationintroducesinterface.Systemsomecomputerforwardofinterfacestandardbecomehavedissertationarecallingtothatdistributiondevice,reading/writingkernelhot2000development.transferaswork.Simultaneity,itmanyemphasisinterfacesthewithcomputer.Comparedconnectingnewotheraboutdeviceisdescriptorsprospectfinesupposesinaspectsbringsalsoresearchshortageconcludespapertransferacquisitioncontrolfunctions,suchAPIdevelopedfuture.otherreferenceconsideredprocessdevelopthisOneexpoundedpartthatconceptsdissertationOperationunderdriverspeedUniversalSerialBuslow-costdatatypesperipheralcoding,controlincludestheTheThisinterfacePC,andgreatlyapplicationreachingparallelspecificationUSB2.0ofserialdeviceshasUSBsuchandfortraditionalPCtoetc.contentatasareonce.aⅡSOon.one 论 文 论 文目录 论2.4、USB总线传输协议……………………………………………………173.2、WDM驱动程序的模型、分层与组成……………………………….233.2.2、WDM驱动程序的层次模型………………………………………243.2.1、WDM驱动程序的模型…………………………………………..233.1.1、wiIldows2000/XP操作系统概述…………………………………22WDM驱动程序模型概述………………………………………………..223.1.2、WDM驱动程序模型概述………………………………………。
222.4.1、事务概述………………………………………………………….12.3.4、USB设备枚举………………………………………………………16第3章USB设备驱动程序的设计…………………………….2.3.2、USB设备描述符…………………………………………………132.3.1、USB设备状态……………………………………………………12 文2.3、USB设备…………………………………………………………………………………。
122.2.3、USB系统的结构、分层…………………………………………..92.2.2、USB的编码方式…………………………………………………..82.2.1、USB在机械和电气方面的特性……………………………………82.3.3、USB设备请求…………………………………………………….12.1.2、USB优点……………………………………………………………………….52.1.1、USB发展简史……………………………………………………。
52.1、USB概j丕…………………………………………………………………………………….5第2章USB协议介绍……。
l-3、
论文章节安排…………………………………………………………一31.2、本文所要的研究内容及主要工作……………………………………..31.1、研究背景与意义………………………………………………………..12.2、USB基本特性………………………………………………………….8第1章绪论… .4.4、USB事务处理…………………………………………………….20 .4.3、USB信息包………………………………………………………1 .4.2、USB字段格式……………………………………………………1武汉理_T大学硕士学位
论文3.19..22875…………………1III 论 文C抖中MFC介绍…………………………………………46作者在攻读硕士学位期问发表的学术
论文………………。
致谢……………………….参考文献………. 论 文6.2、展望…………………………………………………………………………………………。
556.1、本文课题研究总结……………………………………………………555.2、读取描述符测试………………………………………………………535.1、基本功能调试…………………………………………………………53第5章系统调试……。
4.2.4、应用程序功能实现……………………………………………….524.2.3、应用程序与驱动程序的通信…………………………………….49第6章总结展望………………………….4.2.1、应用程序需要实现的功能说明………………………………….454.2、应用程序设计…………………………………………………………454.1.2、安装驱动程序……………………………………………………..454.1.1、驱动程序设计……………………………………………………一434.1、驱动程序设计…………………………………………………………43第4章USB应用程序设计……………………….3.4.3、利用开发工具生成驱动程序框架………………………………..393.4.2、开发环境设置…………………………………………………….363.4.1、开发工具简介……………………………………………………..343.4、USB设备驱动程序的框架设计与实现………………………………343.3.4、WDM驱动程序的实现……………………………………………293.3.3、IRP基本操作………………………………………………………283.3.2、IRP数据结构……………………………………………………..283.3.1、WDM内核模式对象……………………………………………..273.3、WDM内核模式对象与驱动程序的实现…………………………….273.2.3、WDM驱动程序的组成……………………………………………25武汉理工大学硕士学位
论文………………………..554.2.2、Visual57IV 论 文第1章绪论1.1、研究背景与意义Telecom等7家世界著名的计算机公司和通信公司等 论几年内已经成为计算机与外设接口的通用标准,成为了计算机的标准配置之一此越来越多的外设采用USB接口,如数字照相机、计算机电话、数字音箱、数驱动程序实质上是一个软件,它担当着中间翻译的角色,起到连接上层应USB的应用必将向着更深和更广的方向发展。
设备也是如此,要完成USB设备应用程序的开发,必须将沟通USB硬件设备与需要驱动程序的帮助才能完成。
无论任何硬件设备,当其连接到计算机时,计算机并不能立即识别,只有成功安装了与之相对应的驱动程序方可识别。
USB用程序与下层硬件之I’11J沟通的桥梁作用。
操作系统下的应用程序识别下层硬件灵活、成本低等方面,其应用不仅改善了设备性能,而且降低了设备成本。
因USB技术具有显著的优越性,表现在热插拔、即插即用、接口统一、供电新型规范面世之后,USB的应用更加广泛IIJ。
及端口的数量有限之间的矛盾。
尤其是当传输速率可以高达480Mbit/s的USB2.0制这一新型接口的目的是为了解决PC外设的数量日益增加,而PC主板插槽以【11。
随着科技的进步,带USB总线的外设将越来越多,其优越性也更加突出,速要求越来越高,已有的传统的旧式接口已经无法满足新的外围设备的需要;共同推出的新一代接口标准,全称为Universal字游戏杆、键盘、鼠标等,大有取代PC机上的串口,并口的趋势。
USB在短短Bus(通用串行总线)。
研能满足这些功能的USB接口应运而生。
USB是由Intel、Compaq、IBM、满足即插即用的要求。
要求架起外设与计算机桥梁的接口设备要具有更加简单的安装方法,并且可以计算机逐步向简单化,大众化,易于使用,更加可靠等的方向发展,相应的就机连接,进行相关的控制与通信,或者是对采集到的信号做进一步的分析与处有限的,不可能无限制增加;随着技术的不断向前发展,外围设备对数据的传要求连接外围设备的接口也随着增多,但一台计算机的外围接口的数量总归是理。
然而,随着外设的增多,也带来了一系列的问题:外围设备的不断增多,随着时间的推移,
计算机的普及率越来越高,越来越多的设备需要与计算Microsoft、NEC、Northern武汉理工大学硕士学位
论文Serial 文 论 文根据实际需要,有针对性的定制具有特定功能的驱动程序。
文 论用程序。
MFC是强大的扩展的C++类层次结构,有了它的帮助,编程人员可以和系统级功能尤为突出。
我们可以充分利用它的具有面向对象特性的编程语言C++以及具有强大功能的应用程序框架MFC来开发出更多更具有专业水准的应vC++是开发W’mdOWS操作系统下的应用
程序的一种主流开发工具,使用其应用程序的用户界面以及数据库接口。
是一个图形工具。
它方便开发者用一种可视的直观的方式创建开发的应用程序效率更高,没有界面时,占用系统资源少,其实时控制、指针的面向对象技术,以及图形化的应用开发环境,再加之包含有大量的控件,使PowerBuilder是一种完全可视化,专门用于数据库方面的开发工具,它采用开发者更容易掌握数据库的开发。
的开发能力,比较适合做数据库方面的开发;并且其所使用的Pascal语言过于编译出可执行文件。
其具有很快的编译速度,尤其在数据库的开发上具有强大现了开发过程的完全可视化,并且采取了真编译的编辑方法,可以让你轻松的Delphi是Borland公司开发出的一款面向对象的可视化
软件开发工具,它实操作上;对系统的控制能力弱,编写系统级应用非常困难12〕。
的缺陷:运行速度慢,尤其明显的反映在对文件、数组、字符串等数据类型的序调试过程中,修改语句、改变程序流程,甚至编写程序,但同时VB有其内在严谨,对没有Pascal语言基础的开发者来说难度较大。
用过的人都会发现,在其程序的开发效率上有其显著的优越性;数据类型使用Development,RAD)工具,使VB是快速应用程序开发(RapidBasic(VB),PowerBuilder以及DELPHI等。
Visual灵活,可以将不同类型的变量进行隐式转换,互相赋值;调试简单,可以在程用的应用程序界面的开发工具使用的较多的有如下几种:Visual开发成本低,又要运行效率更高,能够更好的满足用户需要。
就目前来看,常而在现在的应用程序的开发领域中,追求的目标普遍是既要开发周期短,更友好,更稳定的应用程序就成为了关乎大局的重要因素。
兼容性,而且要求其能长期稳定工作。
因此,如何设计出运行效率更高,界面们在做系统应用软件的底层开发时,不但要考虑它们与周围设备要具备良好的对于广大的用户而言,与系统硬件的信息交互是通过应用程序实现的。
我能够提供的通用USB设备的驱动程序类别越来越满足不了实际需要,我们应该更新换代速度的加快,USB设备的增长速度也越来越快,而W’mdows操作
系统计算机上层应用程序的桥梁首先做好,才能进行下一步的操作。
随着电子产品C++(VC),武汉理工大学硕士学位
论文Application2 论 文1.2、本文所要的研究内容及主要工作论1.3、
论文章节安排要做的主要工作做了简单介绍,最后说明了文章的章节如何安排。
就是在这一框架下开发的。
最后我们将对如何实现应用程序的功能进行介绍。
此基础上进行USB设备驱动程序的开发与设计。
型,它隶属于WDM驱动程序模型下。
我们首先了解WDM驱动模型,然后在绍应用程序所使用的开发工具VC++6.O提供的MFC编程框架,我们的应用程序第4章USB应用程序设计本章我们先介绍应用程序的功能,接着简单介认识。
议。
本章,我们要达到这样一个目的:对USB设备有一个全面的基本的了解与包括其发展史,电气机械特性,USB设备的表达方式,以及USB总线的传输协第2章USB协议介绍,在这一章里,我们详细介绍了USB的相关内容,第3章USB驱动程序的
设计。
这一章里,我们将要学习Windows系统力推序开发工具,指明了本文选择的开发工具的优越性,并对本文的研究内容和将的WDM驱动模型的相关知识。
USB设备驱动程序是一种特殊的WDM驱动模本文所做主要
工作包括以下几点:据分析与处理能力的应用程序(3)利用VC++6.0编写出能与用户进行良好交互的界面友好,具有强大数际需要,编写出属于自己的独特的USB接口驱动程序。
XPDDK以及VC++6.0编程工具相结合,根据实用DriverStudi03.2与Windows(2)在充分了解WDM驱动程序模型的基础上,根据USB协议规范,利(1)利用KeilC编程工具进行固件程序的编写与开发。
第l章概述部分,首先介绍了本文的研究背景及意义,比较了几种应用程本文将在深入细致的研究
学习了WDM驱动程序模型、USB
通信协议以及 文其总线技术与计算机之间的通信原理的基础上,利用VC集成编程开发环境,以实现跨Windows版本运行,它在整个Windows家族中都是兼容的。
轻松的完成Windows应用程序的开发,而且,利用MFC开发的应用程序在可以图像采集系统为应用对象,研究学习USB设备的应用程序的编写并进行调试。
武汉理丁大学硕士学位
论文 论 文调试结果。
论 文最后的总结与展望,将会对本文所做工作给出一个总结,提出本文在设计第5章系统测试在这一章里,我们要介绍系统调试的方法,步骤,给出与实现中的不足以及有待改进的地方,对下一步的工作进行大胆的设想与展望。
武汉理丁大学硕士学位
论文4 论 文第2章USB协议介绍2.1、USB概述2.1.1、USB发展简史2.1.2、USB优点由于USB的使用非常简单,灵活,使得USB接口比以前的接口在开发时显的外围设备,例如键盘、鼠标、打印机、扫描仪、外接式硬盘等,都可以高效USB是一种快速、高效、体积小、价格低廉以及支持热插拔的新型串行通等7家世界著名的计算机和通信公司成立了USB论坛,而USB0.9通用串行规1.1,其最高数据传输速度理论上可以达到480Mb/sIjJ。
USB2.0可以向下兼容USB1994年,Intel,Compaq,Digital,mM、Microsoft、NEC、Northern同时,缩短开发时间,并且使用者也更容易接收,便于新产品的推广。
段时间。
如果新接口的开发建立在旧接口的基础上,则可以在节省开发成本的出现真正符合USB技术标准的PC机外部设备。
1999年初形成了USB2.0规范,范的正式制订与对外颁布则是1995年的11月份。
直到1997年,全世界才开始接口对开发人员来说是一项挑战。
USB是刚出现的新型接口,从来新接口从出现到得到人们的认可都需要一围设备的接口时,要求外围设备必须具有如下几个特性:稳定性,要求外围设使用USB接口。
是何种外围设备,都必须使用到与其相连接的计算机的接口,在设计与开发外满足上述条件的新型外围设备接口。
USB接口设计简单,使用方便,不同种类Bus的缩写),就是能USB(通用串行中线,其是英文单词Universal格低廉,便于在通用市场上流通;省电;通用性;高速以及使用简便。
备能够具备自动查出错误并消除错误的能力,尽一切可能减少错误发生率;价得更加复杂。
由于USB接口要设计成对各种类型的硬件都适用,因此开发USB容性,这样不但能节省开发成本,也能使用户能更快接受新产品。
因此,无论在开发新产品时,无论是计算机还是其连接的外围设备,都要考虑保持兼武汉理工大学硕士学位
论文TelecomSerial5 论 文 论 文行重新启动,您可以直接放心使用您的USB设备。
论Speed)480Mb/s。
表2.1展示了USB的各种传输速度及其相对 文以及高速(High应的使用场合:Speed)1.5Mb/s,中速(FullUSB的传输速度有3种:低速(Low2、传输速度快费时间进行另行设计接口类型。
(4)共同接口:多种类型USB外设可以共同使用一种接口,我们不必再花度小于500mA时,USB外设可以直接从总线获得供电电源。
电源完成供电,如果连接的是集线器,其供电也可以由集线器完成。
当电流强+5V的电源线,为了安全起见,还带有接地线。
在使用时,可以利用计算机的(3)无需外部电源:USB接口在设计时就考虑了其供电
问题,它本身带有是否能进行数据的读取。
操作系统无需用户任何操作就会自动完成检测USB外设是否连接的工作,判定处于工作状态下,根据需要随时插拔USB连接头,而不用担心它们会被损坏。
端口,将其他USB设备连接到该集线器即可【301。
您还可以在PC和USB外设都这样的办法完成:找来一个USB集线器充当主机,将它连接到PC上的一个USB口,如果您在实际的工作过程中需要连接两个以上的更多USB设备,可以采取般来说,现在市场上的新式PC机至少携带有两个及以上的USB设备类连接端传统的接口设备一样打开机箱并安装扩展卡了,我们可以直接连接后适用。
一(2)热插拔:USB外围设备属于外接设备,我们在使用时已经不需要再向容易使用是设计USB时考虑的主要目标,USB的设计还具有下面的一些特自动完成。
使用的时候,不需要再安装什么别的程序,也不需要您将计算机进磁盘放入光驱。
后面的具体安装过程,操作系统将会在无需人工帮助的情况下次安装,PC机操作系统会向您发出请求,提示您将装有USB设备的驱动程序的系统就会立即进行自动检测,并自动安装与之适合的驱动程序。
如果您是第一(1)即插即用:只要您将USB设备用数据线与计算机相连,Windows操作性:l、使用简单算机的传统接口相比,具有以下优点:重新启动计算机,更不需要打开笨重的机箱。
作为新型接口的USB,与老式计的特点使用户可以直接将USB外部设备连接到计算机上并成功通信,而不需要信接口【41。
其可以同时支持多个外部设备的连接和通信,并且其具有的即插即用Speed)12Mb/s,武汉理工大学硕士学位
论文6 论 文义驱动程序W’mdows98,W‘mdows2000以及Windows 论系统自动完成,既不需要用户干预,也不需要编写任何程序。
文速、低速和全速),有多种可行方案供外围设备根据需要进行选择。
无论需要传XP上执行的结构〔71。
输的数据量是大还是小,也不管对时效的要求如何,都能找到满意的数据传输USB有四种传输类型(中断、控制、实时和批量)以及3中传输速度(高8、灵活性Model(WDM),WDM重新定USB的设备驱动程序使用新的W’m32Driver7、外围设备的支持6、操作系统的支持发送端将数据进行一次重新发送。
检测、通知以及数据的重新传送都是由硬件USB协议规定,如果数据的接收方检测到发送的数据有错误,会立即通知5、稳定性动挂起【61。
点,如果USB设备在工作过程中有连续3ms没有进行总线活动,系统就将其自为了节省电能,减少不必要的资源消耗,USB接口在设计时就考虑了这一4、低功耗应用范围的扩大而更加明显【5J。
式接口,花费的价格相当,更多时候还会更低一些,并且这个优势将随着USB用的对应组件以及相关电缆的价格并不算太高,相比于可以完成同样功能的老新型USB接口由于其具有的功能更强大,相应的接口设计也更复杂,但使3、低成本表2.1、USB三种传输速度及应用领域武汉理工大学硕士学位
论文高速(HS):保证带宽像
压缩影像、存储设备OMb/s频、麦克风、影像乐缩电话、广播、音电话、音频、影全速(FS):可接多个外围设备动态链接或移除戏机、虚拟环境键盘、鼠标、游交互设备低价、容易使用低速(LS):属性应用领域传输速度25Mb/s---400Mb/s00Kb/s01Kb/s~l500Kb/s~17 论 文2.2、USB基本特性USB在进行数据传输时,使用的是一种NRZI(None 论2.2.2、USB的编码方式2.2.1、USB在机械和电气方面的特性操作,以用来强迫NRZI码发生变化MJ。
没有发生电平跳变,而用数字“0”表示发生了电平跳变。
文数据编码前,在数据流中进行的每6个连续的“l”后面都要插入一个“0”的如下图2.1为位插入操作的所示图,从图中我们可以看出,从同步格式开始生时,传输设备就立即开始进行位插入操作。
所谓的位插入操作就是指在进行为了尽量减少发送信号的错误率,当USB总线上检测到有数据传送活动发不归零反向编码)编码
方案【引。
在这样一种编码方案中,我们用数字“l”表示算起,位插入操作就贯穿了整个传输过程的始终。
从同步格式结束后的第一个有固定的时间间隔的数据包,每一个数据包中都包含了一段同步信号,这样可号转换的连续性,在编码时还要做位插入操作,待传输数据被打包成一个个具号首先要做一个转换,要求全部被转换成NRZI(不归零反向码)。
为了保证信以使信号接收方还原出.