在前面的文章中，我們已經(jīng)給出了USB協(xié)議的鏈接地址，從這篇文章起，我們會(huì)涉及到許多USB 1.1的內(nèi)容，我們的指導(dǎo)思想是先從熟悉USB 1.1協(xié)議入手，先使用現(xiàn)成的HCD和USBD，直接面對(duì)客戶端驅(qū)動(dòng)編程，盡快看到成果，使讀者對(duì)USB的開(kāi)發(fā)充滿信心，進(jìn)而去研究USBD和HCD的編程方法。請(qǐng)讀者自行閱讀協(xié)議，文章中有關(guān)協(xié)議的詳細(xì)情況，由于會(huì)涉及非常多的文字，恕不能過(guò)多解釋。
1、USB系統(tǒng)主機(jī)端的軟件結(jié)構(gòu)
一般來(lái)說(shuō)，教科書(shū)或者協(xié)議上都會(huì)把USB主機(jī)端的軟件說(shuō)成有三層，第一層叫主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序HCD(Host Controller Driver)，第二層叫USB驅(qū)動(dòng)程序USBD(USB Driver)，第三層叫客戶端驅(qū)動(dòng)程序(Client Driver)；實(shí)際上，我們實(shí)際看到的東西，往往HCD和USBD是由一個(gè)程序完成的，比如windows就提供了HCD和USBD，如果你自己開(kāi)發(fā)了一個(gè)USB設(shè)備，只需要在HCD和USBD上面開(kāi)發(fā)一個(gè)客戶端驅(qū)動(dòng)程序即可；linux也是同樣，linux內(nèi)核已經(jīng)提供了HCD和USBD；所以在 windows和linux下我們基本上沒(méi)有開(kāi)發(fā)HCD和USBD的必要，而且linux還提供源代碼；但DOS就不一樣了，DOS本身對(duì)USB沒(méi)有任何支持，所以要想在DOS下徹底玩轉(zhuǎn)USB，需要研究HCD、USBD和客戶端驅(qū)動(dòng)程序。
2、DOSUSB介紹
很顯然，HCD和USBD更加底層一些，需要理解的東西也更多一些；如果我們能夠繞過(guò)HCD和USBD，直接從客戶端驅(qū)動(dòng)程序入手，將會(huì)容易許多。幸運(yùn)的是我們可以找到一個(gè)免費(fèi)的DOS下的USB驅(qū)動(dòng)程序，叫DOSUSB，該驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)了大部分的HCD和USBD的功能，使我們進(jìn)行USB編程的好幫手。
DOSUSB目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)EHIC的驅(qū)動(dòng)，也就是說(shuō)還不支持USB2.0，這也是我們從USB 1.1開(kāi)始的原因之一，另一方面，由于USB2.0是兼容USB1.1的，所以，即便你在USB2.0的設(shè)備下，仍然可以使用USB1.1的驅(qū)動(dòng)程序，只不過(guò)不能實(shí)現(xiàn)480MB/秒的傳送速度而已。
下面我們介紹一下DOSUSB。DOSUSB的官方網(wǎng)站如下：
http://www.usbdos.net
可以從其官方網(wǎng)站上下載DOGUSB的最新版本，當(dāng)前版本是1.1.1。或者在下面在下面網(wǎng)址下載這個(gè)版本的DOSUSB。
http://blog.hengch.com/software/dosusb/dosusb.zip
DOSUSB可以在非商業(yè)領(lǐng)域免費(fèi)使用，如果肯花費(fèi)費(fèi)用，可以購(gòu)買(mǎi)到源代碼，從其官方網(wǎng)站的論壇上看到，在2006年9月作者開(kāi)出的源代碼的價(jià)格是 1000歐元。
DOSUSB的安裝十分簡(jiǎn)便，只需要解壓縮到某一個(gè)目錄下即可，比如放在c:\dosusb目錄下，請(qǐng)自行閱讀DOSUSB自帶的文檔，使用也非常簡(jiǎn)單，在DOS提示符下鍵入dosusb執(zhí)行即可。
c:\dosusb>dosusb
缺省情況下，DOSUSB使用int 65h作為其驅(qū)動(dòng)的調(diào)用軟中斷，如果和你的系統(tǒng)有沖突，在運(yùn)行dosusb時(shí)可以加參數(shù)/I，請(qǐng)自行閱讀DOSUSB的文檔。
DOSUSB通過(guò)一個(gè)叫做URB(USB Request Block)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與客戶端驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通訊，這一點(diǎn)和linux非常相似，估計(jì)作者參考了linux下的源代碼，在DOSUSB文檔里給出了這個(gè)結(jié)構(gòu)的定義，如下：
struct {
BYTE transaction_type; // 設(shè)置事務(wù)（控制傳輸）(2Dh)，輸入事務(wù)(69h)輸出事務(wù)(E1h)
BYTE chain_end_flag; // 備用
BYTE dev_add; // 設(shè)備地址
BYTE end_point; // 端點(diǎn)號(hào)
BYTE error_code; // 錯(cuò)誤嗎
BYTE status; // 設(shè)備狀態(tài)
WORD transaction_flags; // 備用
WORD buffer_off; // 接收/發(fā)送緩沖區(qū)偏移地址
WORD buffer_seg; // 接收/發(fā)送緩沖區(qū)段地址
WORD buffer_length; // 接收/發(fā)送緩沖區(qū)長(zhǎng)度
WORD actual_length; // 接收/發(fā)送時(shí)每個(gè)包的最大長(zhǎng)度
WORD setup_buffer_off; // setup_request結(jié)構(gòu)的偏移地址
WORD setup_buffer_seg; // setup_request結(jié)構(gòu)的段地址
WORD start_frame; // 備用
WORD nr_of_packets; // >0時(shí)會(huì)啟動(dòng)實(shí)時(shí)傳輸
WORD int_interval; // 備用
WORD error_count; // 重試的次數(shù)
WORD timeout; // 備用
WORD next_urb_off; // 備用
WORD next_urb_seg; // 備用
} urb // 32字節(jié)
之所以列出這個(gè)結(jié)構(gòu)，是因?yàn)槲覀儗⑹褂眠@個(gè)結(jié)構(gòu)與USBD進(jìn)行交互。關(guān)于結(jié)構(gòu)中字段的定義，在DOSUSB的文檔中有詳細(xì)的說(shuō)明。除備用字段不需要填以外，error_code和status由DOSUSB返回，故填0即可，后面還會(huì)介紹更詳細(xì)的填寫(xiě)方法。
在DOSUSB的發(fā)行包中，有一個(gè)sample目錄，里面有很多例子，但大多是使用power basic寫(xiě)的，不過(guò)仍然有很好的參考價(jià)值。
3、 USB 1.1協(xié)議中的一些內(nèi)容
USB協(xié)議為USB設(shè)備定義了一套描述設(shè)備功能和屬性的固有結(jié)構(gòu)的描述符，包括標(biāo)準(zhǔn)描述符（設(shè)備描述符、培植描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符和字符串描述符），還有費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)描述符，如類(lèi)描述符等。按照協(xié)議，設(shè)備描述符下可以有若干個(gè)配置描述符，每個(gè)配置描述符可以有若干個(gè)接口描述符，每個(gè)接口描述符下又可以有若干個(gè)端點(diǎn)描述符，字符串描述符主要用于描述一些文字信息，比如廠家名稱(chēng)，產(chǎn)品名稱(chēng)等。這篇文章的目的就是要讀出這些描述符。
實(shí)際上，所謂描述符就是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不管是什么描述符，其前兩個(gè)字節(jié)的含義都是一樣的，第一個(gè)字節(jié)是描述符的長(zhǎng)度，第二個(gè)字節(jié)是描述符的類(lèi)型。
- 設(shè)備描述符(Device Descriptor)：
struct {
BYTE bLength; // 描述符的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位
BYTE bDescriptorType; // 設(shè)備描述符類(lèi)型，0x01
WORD bcdUSB; // 設(shè)備支持的USB協(xié)議版本，BCD碼
BYTE bDeviceClass; // 設(shè)備類(lèi)代碼(由USB-IF分配)
BYTE bDeviceSubClass; // 子類(lèi)代碼
BYTE bDeviceProtocol; // 協(xié)議碼
BYTE bMaxPacketSize0; // 端點(diǎn)0的最大包長(zhǎng)度(僅為8,16,32,64)
WORD idVendor; // 廠商ID(由USB-IF分配)
WORD idProduct; // 產(chǎn)品ID(由制造商定義)
WORD bcdDevice; // 設(shè)備發(fā)行號(hào)(BCD碼)
BYTE iManufacture; // 描述廠商信息的字符串描述符的索引值
BYTE iProduct; // 描述產(chǎn)品信息的字符串描述符的索引值
BYTE iSerialNumber; // 描述設(shè)備序列號(hào)信息的字符串描述符的索引值
BYTE bNumConfigurations; // 可能的配置描述符的數(shù)目
} device_descriptor
- 配置描述符 (Configuration Descriptor)
struct {
BYTE bLength; // 描述符的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位
BYTE bDescriptorType; // 配置描述符類(lèi)型，0x02
WORD wTotalLength; // 配置信息的總長(zhǎng)
BYTE bNumInterfaces; // 該配置所支持的接口數(shù)目
BYTE bConfigurationValue; // 被SetCongiguration()請(qǐng)求用做參數(shù)來(lái)選定該配置
BYTE bConfiguration; // 描述該配置的字符串描述符的索引值
BYTE bmAttributes; // 配置特性
BYTE MaxPower; // 該配置下的總線電源耗費(fèi)量，以2mA為一個(gè)單位
}configuration_descriptor;
bmAttributes ：b7：備用，b6：自供電，b5：遠(yuǎn)程喚醒，b4--b0：備用
另外，在讀取配置描述符時(shí)可以把該配置下的所有描述符全部讀出，這些描述符的總長(zhǎng)度就是wTotalLength字段的值，讀出所有描述符后，在一個(gè)一個(gè)地拆分。
- 接口描述符(Interface Descriptor)：
struct {
BYTE bLength; // 描述符的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位
BYTE bDescriptorType; // 接口描述符類(lèi)型，0x04
BYTE bInterfaceNumber; // 接口號(hào)，從0開(kāi)始
BYTE bAlternateSetting; // 可選設(shè)置的索引值.
BYTE bNumEndpoints; // 此接口的端點(diǎn)數(shù)量。
BYTE bInterfaceClass; // 接口類(lèi)編碼(由USB-IF分配)
BYTE bInterfaceSubClass; // 接口子類(lèi)編碼(由USB-IF分配)
BYTE bInterfaceProtocol; // 協(xié)議碼(由USB-IF分配)
BYTE iInterface; // 描述該接口的字符串描述符的索引值
}interface_descriptor;
bInterfaceClass：USB協(xié)議根據(jù)功能將不同的接口劃分成不同的類(lèi)，如下：
1：音頻類(lèi)，2：CDC控制類(lèi)，3：人機(jī)接口類(lèi)（HID），5：物理類(lèi)，6：圖像類(lèi)，7：打印機(jī)類(lèi)，8：大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)，9：集線器類(lèi)，10：CDC數(shù)據(jù)類(lèi)，11：智能卡類(lèi)，13：安全類(lèi)，220：診斷設(shè)備類(lèi)，224：無(wú)線控制類(lèi)，254：特定應(yīng)用類(lèi)，255廠商定義的設(shè)備。
- 端點(diǎn)描述符(Endpoint Descriptor)：
struct {
BYTE bLength; // 描述符的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位
BYTE bDescriptorType; // 端點(diǎn)描述符類(lèi)型，0x05
BYTE bEndpointAddress; // 端點(diǎn)地址
BYTE bmAttributes; // 在bconfigurationValue所指的配置下的端點(diǎn)特性.
WORD wMaxPacketSize; // 接收/發(fā)送的最大數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度.
BYTE bInterval; // 周期數(shù)據(jù)傳輸端點(diǎn)的時(shí)間間隙.
}endpoint_descriptor;
bmAttributes：bit 1:0--傳送類(lèi)型，00=控制傳輸，01=實(shí)時(shí)傳輸，10=批量傳輸，11=中斷傳輸；所有其他位均保留。
- 字符串描述符(String Descriptor)：
struct {
BYTE bLength; // 描述符的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位
BYTE bDescriptorType; // 字符串描述符類(lèi)型，0x03
char bString[]; // UNICODE編碼的字符串
}string_descriptor;
- USB命令請(qǐng)求（USB DEVICE REQUEST）
為了更好地協(xié)調(diào)USB主機(jī)與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，USB規(guī)范定義了一套命令請(qǐng)求，用于完成主機(jī)對(duì)總線上所有USB設(shè)備的統(tǒng)一控制，USB命令請(qǐng)求由統(tǒng)一的格式，其結(jié)構(gòu)如下：
struct {
BYTE bmRequestType; // 請(qǐng)求類(lèi)型
BYTE bRequest; // 命令請(qǐng)求的編碼
WORD wValue; // 命令不同，含義不同
WORD wIndex; // 命令不同，含義不同
WORD wLength; // 如果有數(shù)據(jù)階段，此字段為數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)
} setup_request;
后面我們向設(shè)備發(fā)出指令就全靠這個(gè)結(jié)構(gòu)了。作為我們本文要用到的讀取USB設(shè)備描述符的命令請(qǐng)求，該結(jié)構(gòu)各字段的填法如下。
bmRequestType : b7--數(shù)據(jù)傳輸方向，0=主機(jī)到設(shè)備，1=設(shè)備到主機(jī)；b6:5--命令的類(lèi)型，0=標(biāo)準(zhǔn)命令，1=類(lèi)命令，2=廠商提供的命令，3=保留；b4:0--接收對(duì)象，0=設(shè)備，1=接口，2=端點(diǎn)，3=其他。我們發(fā)出的得到描述符的命令，數(shù)據(jù)傳輸方向?yàn)樵O(shè)備到主機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)命令，接收對(duì)象為設(shè)備，所以該字段填0x80。
bRequest : 標(biāo)準(zhǔn)命令的編碼如下，GET_STATUS=0;CLEAR_FEATURE=1;SET_FEATURE=3; SET_ADDRESS=5；GET_DESCRIPTOR=6;SET_DESCRIPTOR=7;GET_CONFIGURATION=8; SET_CONFIGURATION=9;GET_INTERFACE=10;SET_INTERFACE=11;SYNCH_FRAME=12。我們的命令是GET_DESCRIPTOR，所以應(yīng)該填6。
wValue : 高字節(jié)表示描述符的類(lèi)型，0x01=設(shè)備描述符，0x02=配置描述符，0x03=字符串描述符，0x04=接口描述符，0x05=端點(diǎn)描述符，0x29=集線器類(lèi)描述符，0x21=人機(jī)接口類(lèi)描述符，0xFF=廠商定義的描述符。
低字節(jié)表示表示描述符的索引值。所以，當(dāng)讀取設(shè)備描述符時(shí)，該字段值為0x100，當(dāng)讀取配置描述符是，應(yīng)為0x03yy，其中yy為描述符的索引值。
wIndex : 當(dāng)讀取字符串描述符時(shí)，填0x0409，表示希望獲得英文字符串，其他情況下填0。
wLength : 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，一般應(yīng)該填寫(xiě)，描述符的第一個(gè)字節(jié)，bLength。由于我們?cè)谧x描述符時(shí)，并不知道其實(shí)際長(zhǎng)度，通常的做法是先讀取8個(gè)字節(jié)，然后根據(jù)第一個(gè)字節(jié)bLength的值在重新讀取一次完整的描述符；注意，當(dāng)讀取配置描述符的錢(qián)8個(gè)字節(jié)后，應(yīng)該使用wTotalLength字段的值作為長(zhǎng)度讀取與該配置有關(guān)的所有描述符。
4、讀取設(shè)備描述符的范例程序
按照我們文章的習(xí)慣，幾乎每篇文章都有一個(gè)范例程序，本文也不例外，本文的范例程序請(qǐng)?jiān)谙旅娴刂废螺d：
http://blog.hengch.com/source/usbview.zip
程序用C++寫(xiě)成，在DJGPP下編譯通過(guò)，所以是32位保護(hù)模式下的代碼，要注意的是，DOSUSB是實(shí)模式下的驅(qū)動(dòng)，所以在申請(qǐng)內(nèi)存塊時(shí)要申請(qǐng)1M以內(nèi)實(shí)模式可以讀取的內(nèi)存，否則，在使用int 65h調(diào)用DOSUSB時(shí)一定會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
有4個(gè)頭文件，public.h中定義了一些方便使用的數(shù)據(jù)類(lèi)型，比如BYTE為char，WORD為short int等等，可以不必太關(guān)注；x86int.h中定義了調(diào)用DOS中斷所需的函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直到怎么使用就可以了；dosmem.h中定義了一個(gè) DOS_MEM類(lèi)，主要是為了在保護(hù)模式下申請(qǐng)和使用DOS內(nèi)存塊更為方便，也是知道其中的方法，能夠明白程序中的意義就可以了；usb.h定義了與 USB協(xié)議有關(guān)的所有常數(shù)，這些常數(shù)與前面介紹的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，由于我們是在保護(hù)模式下使用DOS內(nèi)存，所以把一個(gè)內(nèi)存塊映射到一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上有一些麻煩，讀取各個(gè)字段主要靠在usb.h中定義的這些常數(shù)。
主要程序在usbview.cc中，主要思路如下：
- USB 設(shè)備的地址從1--127，所以我們從1--127做一個(gè)循環(huán)，逐一讀取USB設(shè)備描述符，直到出現(xiàn)“非法地址”為止。
- 每一個(gè)USB設(shè)備的設(shè)備描述符只有一個(gè)，所以我們從讀取某個(gè)地址下的設(shè)備描述符開(kāi)始。
- 開(kāi)始我們并不知道設(shè)備描述符的長(zhǎng)度，即便我們知道其長(zhǎng)度為18個(gè)字符，但我們?nèi)匀徊恢蓝它c(diǎn)0允許的包長(zhǎng)度（設(shè)備描述符中bMaxPacketSize0字段），但我們知道包長(zhǎng)度的最小值是8，所以我們先讀取8個(gè)字節(jié)的設(shè)備描述符。
- 在我們得到8個(gè)字符的設(shè)備描述符后，我們就可以得到該描述符的長(zhǎng)度和端點(diǎn)0的包長(zhǎng)度，在后面發(fā)出的所有命令中，始終要把這個(gè)值填在URB結(jié)構(gòu)的actual_length字段中。
- buffer用于存放USBD返回的描述符，在使用前建議初始化一下，全部清0。
- 要向設(shè)備發(fā)出命令請(qǐng)求（Request），需要先填setup_request結(jié)構(gòu)，前面講過(guò)，bmRequestType=0x80，bRequest=6，這兩個(gè)字段的填法始終不變；我們現(xiàn)在讀取設(shè)備描述符，所以 wValue=0x100，wIndex=0，wLength在首次調(diào)用時(shí)填8，第二次調(diào)用時(shí)填返回的bLength字段（應(yīng)該是18）。
- 準(zhǔn)備好buffer和setup_request后，我們要填URB一邊與DOSUSB交互；讀取描述符是一個(gè)控制傳輸，所以transaction=0x2D(后面一直是0x2D)；dev_add填上面提到的循環(huán)變量；end_point=0，因?yàn)槲覀兛倢?duì)端點(diǎn)0（見(jiàn)USB協(xié)議）；buffer_off和buffer_seg分別填buffer的便宜地址和段地址；setup_buffer_off和setup_buffer_seg分別填前面setup_request結(jié)構(gòu)的偏移地址和段地址；buffer_length同setup_request結(jié)構(gòu)中的wLength，也可以把值設(shè)在wLength和buferr的最大長(zhǎng)度之間，如果 buffer的最大長(zhǎng)度小于wLength，我們只能填buffer的最大長(zhǎng)度，但這種情況下我們將得不到完整的描述符；actual_length在第一次調(diào)用時(shí)填8，以后一直填返回的bMaxPacketsize0字段；其他字段均為0。
- 讓DS:DX指向剛剛填完的URB結(jié)構(gòu)，調(diào)用軟中斷65h，DOSUSB將為你處理下面的事情。
- 如果正常，error_code應(yīng)該返回0，如果非0，含義如下：
1--非法的設(shè)備地址；2--內(nèi)部錯(cuò)誤；3--非法的transation_type字段；4--非法的buffer長(zhǎng)度。
- 如果正常，status字段應(yīng)該為0，該字段是是USB控制器返回的狀態(tài)字節(jié)，不同的控制器（OHCI或 UHCI）會(huì)返回不同的值。
- 當(dāng)我們得到設(shè)備描述符后，如果設(shè)備描述符中的iManufacturer字段不為0，我們可以根據(jù)這個(gè)所引值得到相應(yīng)的字符串描述符，從而顯示出廠家信息，要注意的是字符串描述符是 UNICODE編碼，對(duì)于ASCII而言，它是一個(gè)ASSCII碼跟一個(gè)ASCII 0組成；同理我們可以得到產(chǎn)品信息和序列號(hào)信息。
- 當(dāng)我們得到了設(shè)備的設(shè)備描述符后，我們就可以知道這個(gè)設(shè)備上有多少個(gè)配置（設(shè)備描述符中的 bNumConfigurations），進(jìn)而通過(guò)一個(gè)循環(huán)得到所有的配置描述符及其配置下的所有描述符。
- 讀取配置描述符的方法與讀取設(shè)備描述符大同小異，也是先讀取8個(gè)字節(jié)，然后根據(jù)返回的內(nèi)容再讀取所有的描述符內(nèi)容，要注意的是，實(shí)際上，我們不能單獨(dú)得到接口描述符和端點(diǎn)描述符，唯一的辦法是把一個(gè)配置下的描述符全部讀出來(lái)，所以setup_request結(jié)構(gòu)中的wLength字段一定要與配置描述符中返回的wTotalLength值一致才行。
- 剩下的事情就是如何顯示我們得到的描述符，我想這對(duì)每一位讀者而言都不是什么困難的事。