STM32 и USB. Часть 2. Немного о драйверах и софте.

Связанные статьи:
STM32 и USB. Часть 1. Проект для Keil.

В прошлой части я рассказал как примерно должен выглядеть проект-заготовка для Keil девайса с USB, дал ссылку на мой проект и рассказал как его настроить под практически любую плату с STM32.

В проекте был реализован интерфейс с двумя bulk-ендпойнтами (in и out), с моим «кастомным» протоколом, при помощи которого можно включать, выключать и заставлять светоиоды мигать с нужными временами горения/не горения.

Ну и выложил небольшую программу для всего этого:



Пользователь Vga в комментариях справедливо заметил, что разработка своего драйвера под Windows — задача далеко не тривиальная, и что проще реализовать стандартный класс, например HID, под который драйверы есть.

В этой статье я проведу небольшой обзор средств, которыми можно воспользоваться, чтобы сильно упростить себе жизнь.

Итак, у нас на повестке следующие варианты:

1) Написать драйвер самому. Задача сложная, неблагодарная, долгая. Тут сразу можно отсылать, например к Windows Driver Foundation. Есть куча примеров, которые можно расковырять и адаптировать под свои задачи.
Несомненный плюс этого варианта — решение получится красивое и компактное. Но стоит ли это потраченного времени…
Извините, если разочаровал тех, кто полагал, что я опишу именно этот вариант :)

2) Реализовать на девайсе один из стандартных классов, например тот же HID.
Но давайте предположим что мы вот буквально вчера наконец-то заставили наш девайс определяться по USB как самостоятельное устройство, и все что мы умеем — это читать и писать в ендпойнты. Нам нужно что-то еще проще.

3) Использовать готовые средства. Вот на этом «варианте для начинающих и не только» мы остановимся.

Но вначале небольшое отступление.

Как Windows опознает наши USB-устройства?
В большинстве случаев это «зашитые» в девайс VID (Vendor ID) и PID (Product ID). Есть исключения, например HID и Mass Storage, там Windows опознает класс устройства и подсовывает уже приготовленный драйвер.

Если мы воткнем наш девайс в компьютер, система определит его, но, очевидно, будет ругаться на отсутствие драйвера, и предложит выбрать .inf- файл.
Именно в этом файле и прописываются, помимо прочего, наши VID и PID, а также путь к драйверу.

Есть, конечно, и более хитрые варианты, но мы на них пока останавливаться не будем.
Наши VID и PID можно подсмотреть в файле usb_desc.c проекта. И обязательно прочтите комментарий ;-)

Итак, встречаем: libusb-win32 и Jungo WinDriver.

Jungo WinDriver

http://www.jungo.com/st/windriver_usb_pci_driver_development_software.html
Заметьте, что поддерживает не только USB, но и PCI, и многое другое.

Весьма удобная штука.
Запускаем Wizard, выбираем по VID-PID наш девайс:


Генерим inf-файл, сохраняем, устанавливаем тут же драйвер, и вуаля. Вот они наши два bulk-ендпойнта + управляющий, нулевой ендпойнт:


А вот наш девайс определился в диспетчере устройств:


Но и это не все. Жмем на волшебную кнопку Generate Code:


И получаем воистину огромный набор вариантов на любой вкус:


Генерим проект, запускаем. Вот — готовая программа для работы с нашим девайсом:

Можем отправлять данные в ендпойнты и читать их оттуда.
Например, отправка пакета на скриншоте согласно моему протоколу зажжет светодиод номер два. (См protocol.txt в проекте Keil)

Я сгенерил проект для C# (.NET) и мне он выдал солюшен с двумя проектами: Собственно сама программа и либа для работы с девайсом по USB. В последней есть все необходимое, вплоть до событий подключения-отключения девайса. А вообще если не заморачиваться, то все можно свести к обычному чтению-записи в ендпойнты.
Дальше сами справитесь? ;-)

Ну а теперь поговорим о недостатках.
1) Jungo WinDriver — штука очень уж платная. Кто хочет расстроиться — цены лежат тут.
2) У некоторых USB-девайсов бывает несколько конфигураций. Такое встречается редко, но встречается.
WinDriver с такими работать не умеет, а функция смены конфигурации помечена как Not Implemented Yet.

libusb-win32

https://sourceforge.net/apps/trac/libusb-win32

Распаковываем и в папочке bin лежит программка inf-wizard.exe. Тоже визард для генерации инф-файла, а заодно и всех остальных файлов, необходимых для установки драйвера.
Запускаем, выбираем наш девайс, сохраняем inf и прочее в отдельную папочку:


Ну и сразу инсталлируем.


Теперь, чтобы создать свой проект, необходимо собрать все нужные от libusb файлы в папках lib, include, подсмотреть как работать с устройством, в папке exampes. А работать — проще простого (см bulk.c)

...
    usb_init(); /* initialize the library */
    usb_find_busses(); /* find all busses */
    usb_find_devices(); /* find all connected devices */
...
    if (!(dev = open_dev()))
    {
        printf("error opening device: \n%s\n", usb_strerror());
        return 0;
    }
...
    if (usb_set_configuration(dev, MY_CONFIG) < 0)
    {
        printf("error setting config #%d: %s\n", MY_CONFIG, usb_strerror());
        usb_close(dev);
        return 0;
    }
...
    if (usb_claim_interface(dev, 0) < 0)
    {
        printf("error claiming interface #%d:\n%s\n", MY_INTF, usb_strerror());
        usb_close(dev);
        return 0;
    }
...
    // Running a sync write test
    ret = usb_bulk_write(dev, EP_OUT, tmp, sizeof(tmp), 5000);
...

Но и этого мне показалось мало. Поскольку меня в свое время подсадили на тяжелый наркотик, именуемый C# + .NET, я стал искать решения, такие же простые, как и Jungo WinDriver.
И нашел следующее:

LibUsbDotNet

https://sourceforge.net/projects/libusbdotnet/

Нет, вы только вдумайтесь: .NET-надстройка над библиотекой, портированной из линукса под win32!
Конечно, изврат извратом, но мне понравилось.

Именно при помощи этой либы я и написал программу из предыдущей статьи. Работать с ендпойнтами так же просто.

UsbDevice SomeUsbDevice;
UsbDeviceFinder usbDeviceFinder = new UsbDeviceFinder(0x0483, 0xfff0);
SomeUsbDevice = UsbDevice.OpenUsbDevice(usbDeviceFinder);
...
UsbEndpointReader ep81Reader;
UsbEndpointWriter ep02Writer;
...
ep81Reader = SomeUsbDevice.OpenEndpointReader(ReadEndpointID.Ep01);
ep02Writer = SomeUsbDevice.OpenEndpointWriter(WriteEndpointID.Ep02);
...
ErrorCode ec = ep02Writer.Write(_req, 1000, out nBytesWritten);
...

Ну а дальше реализуем небольшой протокол, пишем-читаем ендпойнты и радуемся мигающим светодиодам :)
Только не забываем одну тонкость: весь обмен с USB-девайсом происходит по инициативе хоста. Поэтому, данные не попадут в хост до тех пор пока хост сам не захочет их прочитать.
Вот и все.

Итого

Вот, в принципе, все необходимое для того чтобы создать на STM32 примитивный USB-девайс. Весь обмен сводится к чтению и записи в ендпойнты и разбору того, что же туда все-таки пришло и что с этим делать.
Лично мне кажется этот вариант проще, чем реализация на девайсе стандатного класса.

Как всегда, файлы с проектом находятся тут.

Ну а в следующий раз, когда дойдут руки, будем поднимать USB Mass Storage, причем поверх уже сделанного интерфейса для светодиодов, т.е. составное USB-устройство :)