WinCE5．0的USB Camera流接口驅(qū)動開發(fā)

引 言
WinCE5．0是一個32位、多任務(wù)、多線程的實時嵌入式操作系統(tǒng)。USB Camera 以其良好的性能和低廉的價格得到廣泛的應(yīng)用，同時因其靈活、方便的特性，易于集成到嵌入式系統(tǒng)中。通過采用USB Camera可以在WinCE5．0下方便地得到實時圖像。但是由于嵌入式硬件環(huán)境的多樣性以及WinCE5．0對USB設(shè)備驅(qū)動開發(fā)只提供了一些底層支持，攝像頭廠商尚未提供WinCE5．0下USB攝像頭的驅(qū)動，因此開發(fā)出WinCE5．0下USB攝像頭驅(qū)動具有實際的意義和價值。本文正是針對這一情況，對WinCE5．0下USB設(shè)備驅(qū)動開發(fā)進行研究，并設(shè)計出基于流接口驅(qū)動模型的USB攝像頭驅(qū)動程序?，F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出來的驅(qū)動適用于Zc030x PLUS這一系列的攝像頭。Samstmg 2410為實驗的硬件平臺。

1 WinCE5．0下USB總線驅(qū)動框架
USB系統(tǒng)由USB主機、一個或多個USB設(shè)備和物理總線組成。主機上又分兩層：較高的包含USB設(shè)備驅(qū)動程序的軟件層和主機控制器硬件層，也稱作“適配層”。主機的主要任務(wù)是控制對USB設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)傳輸。物理總線是一組USB電纜，用來將控制器和外圍設(shè)備連接起來。WinCE5．0的USB系統(tǒng)軟件由兩層組成：USB設(shè)備驅(qū)動程序?qū)雍偷讓拥挠蒞inCE5．0實現(xiàn)的USB函數(shù)層。
USB設(shè)備驅(qū)動程序使用USB函數(shù)來建立與它們所控制設(shè)備的連接，并對這些設(shè)備進行配置和通信。較低的USB函數(shù)層本身又由兩部分組成――較高的通用串行總線驅(qū)動程序(USBD)模塊和較低的主控制器驅(qū)動程序(HCD)模塊。HCD提供了抽象的主機控制器，且對主機控制器所見到的USB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸進行抽象。USBD提供一個抽象的設(shè)備，且對USBD客戶和USB設(shè)備功能部件之間的數(shù)據(jù)傳輸進行抽象。USB設(shè)備驅(qū)動程序使用USBD接口函數(shù)與外圍設(shè)備進行通信。
IHV和USB設(shè)備制造商利用USBD提供的函數(shù)來實現(xiàn)USB設(shè)備的驅(qū)動程序。OEM負(fù)責(zé)給基于WinCE的平臺提供HCD模塊，這樣相應(yīng)的硬件才能與USBD模塊進行交互。圖1說明了與主機的USB硬件和外圍設(shè)備相對應(yīng)的軟件的各個層。

2 WinCE5．0下流驅(qū)動模型
基于WinCE5．0平臺的兩種專用的驅(qū)動模型為：本機設(shè)備驅(qū)動程序和流接口驅(qū)動程序。本機設(shè)備驅(qū)動程序適合于集成到WinCE 5．0 平臺的設(shè)備；而后者則是一般類型的設(shè)備驅(qū)動程序，適用于大部分外圍設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器、打印機等。對大多數(shù)USB外圍設(shè)備來說，適用于采用流接口驅(qū)動程序模型來開發(fā)驅(qū)動程序。
流接口驅(qū)動程序是一種可以定制接口的驅(qū)動模型，一般由設(shè)備管理器負(fù)責(zé)管理。它把設(shè)備管理器和應(yīng)用程序的命令轉(zhuǎn)換成所控設(shè)備的適當(dāng)動作所需信息。流接口驅(qū)動程序需要實現(xiàn)一組固定的流接口函數(shù)，供給WinCE5．0系統(tǒng)內(nèi)核使用。

USB設(shè)備的流接口驅(qū)動程序和WinCE5．0系統(tǒng)其他部件間的關(guān)系如圖2所示。流接口驅(qū)動程序通過系統(tǒng)提供的文件系統(tǒng)API與應(yīng)用程序交互；而系統(tǒng)通過設(shè)備管理器完成對流接口驅(qū)動程序的加載、卸載等管理工作；流接口驅(qū)動程序通過調(diào)用USBD模塊提供的接口函數(shù)實現(xiàn)與底層USB設(shè)備通信。

本文使用的流接口函數(shù)方法如表1所列。

USB設(shè)備驅(qū)動程序必須輸出的函數(shù)有：
①USBDeviecAttach()。當(dāng)USB設(shè)備連接到計算機上時，USBD模塊就會調(diào)用此函數(shù)。這個函數(shù)主要用于初始化USB設(shè)備，取得USB設(shè)備信息，配置USB設(shè)備，并且申請必需的資源。
②USBInstallDriver ()。主要用于創(chuàng)建一個驅(qū)動程序加載所需的注冊表信息，例如讀／寫超時、設(shè)備名稱等。
③USBUninstallDriver ()。主要用于釋放驅(qū)動程序所占用的資源，以及刪除UsbInstallDriver ()函數(shù)創(chuàng)建的注冊表等。
上述3個函數(shù)接口是所有的USB驅(qū)動程序必須提供的，缺一不可。
另外較為重要的是USB設(shè)備驅(qū)動程序的注冊表配置。一般的USB設(shè)備驅(qū)動程序的注冊表配置在[HKEY_LOCAL＿MACHINE＼Drivers＼USB＼LoadClients＼口]下，每個驅(qū)動程序的子鍵都有Group 1＿ID＼Group2＿ID＼Group3＿ID＼DriverName 格式，設(shè)備的子鍵由供應(yīng)商、設(shè)備類和協(xié)議信息通過下劃線組成。表2列出了允許的組合。

以本實驗所采用的USB Camera為例，該USB Cam-era的供應(yīng)廠商ID為0X046d，設(shè)備ID為0x08a2，那么它的加載注冊表應(yīng)該寫為：

需要注意的是，注冊表的構(gòu)成都是以十進制數(shù)值來標(biāo)識的，也要注意十進制和十六進制之間數(shù)的轉(zhuǎn)換。

3 WinCE5．0下USB攝像頭驅(qū)動程序
實驗使用的USB Camera是中星微公司的301芯片組的Zc030x，它的Vid／Pid為0x046d、0x08a2。由于實時圖像數(shù)據(jù)傳送量比較大，很多USB Camera產(chǎn)品在圖像傳輸之前已進行了數(shù)據(jù)壓縮處理，如果不知道解碼算法，是沒有辦法在WinCE上獲得圖像的。在開發(fā)的時候主要使用SnoopyPro，它是一款可以分析USB通信數(shù)據(jù)的軟件，輔助進行Zc030x的驅(qū)動開發(fā)工作，最后成功開發(fā)出Zc030x在WinCE5．0下的驅(qū)動程序。下面結(jié)合USBCamera驅(qū)動開發(fā)說明驅(qū)動中的數(shù)據(jù)流向和必要的函數(shù)使用。首先是具體的注冊表信息：

其中，hDevice是由系統(tǒng)提供的當(dāng)前外設(shè)的句柄，通過它可以獲取外設(shè)的信息，如VID、PID等；UsbFuncs是系統(tǒng)提供的指向USBD函數(shù)的函數(shù)指針，通過它可以調(diào)用USBD函數(shù)，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TRUE，否則為FALSE。
在這個函數(shù)里面，要做的工作包括確定外設(shè)是否可控，分配和填寫設(shè)備的上下文內(nèi)容，調(diào)用ActivateDevjce()函數(shù)在“Drivers＼USB＼ClientDrivers＼Camera＿Class”鍵值中注冊分配到的設(shè)備上下文的指針(其中Camera＿Class是對USB Camera的命名)，同時ActivateDevice在注冊表[HKEY＿LOCAL_MACHINE＼Drivers＼Active＼N]中登記設(shè)備上下文的指針，其中N為整數(shù)，它是系統(tǒng)自動分配給此驅(qū)動的數(shù)字。系統(tǒng)在調(diào)用ActivateDevice()過程中，又會自動調(diào)用CAM＿Init函數(shù)。
DWORD CAM＿Init(LPCTSTR pContext，LPCVOIDIp VBusContext)
其中，pContext是系統(tǒng)自動傳入的字符串內(nèi)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(shè)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(shù)內(nèi)調(diào)用USBD模塊的RegisterNotificationRoutine函數(shù)登記注冊DeviceNotify函數(shù)。這個DeviceNotify函數(shù)是必需的，在設(shè)備被移走后，系統(tǒng)調(diào)用這個函數(shù)完成相應(yīng)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(shè)備的上下文句柄，在RegisterNoticationRoutine中作為參數(shù)傳入；dwCode是系統(tǒng)調(diào)用此函數(shù)的原因，如設(shè)備被移走，dwcode的值就為USB_CLOSE＿DEVICE，相應(yīng)的，用戶進行卸載DLL工作；dwInfol，…，dwInfo4沒有使用。
自此，系統(tǒng)在USBDeviceAttach中完成對所加USB外設(shè)的驅(qū)動加載。當(dāng)有用戶調(diào)用CreateFile函數(shù)，系統(tǒng)會將用戶填入CreateFile()的參數(shù)值，直接傳到CAM_Open()。
DWORD CAM＿Open(DWORD hDeviceContext，DWORDAccessCode，DWORD ShareMode)
其中，hDeviceContext是驅(qū)動上下文句柄，由系統(tǒng)自動填充；AccessCode是訪問模式，ShareMode是共享模式，均由CreateFile()傳遞過來；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。當(dāng)用戶調(diào)用CloseHandle()時，系統(tǒng)將直接調(diào)用CAM＿Close()，用于關(guān)閉一個驅(qū)動程序。
B00L CAM＿Close(DWORD hOpenContext)
其中，hOpenContext是設(shè)備驅(qū)動的引用事例句柄，由CAM_Open創(chuàng)建。本驅(qū)動中，所有對USB Camera的操作均通過IOControl()映射到CAM_IOControl來完成。下面是CAM_IOControl的部分源碼分析：

由于本驅(qū)動是針對USBCamera的，因此CAM＿Write、CAM＿Read、CAM＿PowerUp、CAM＿PowerDown并沒有內(nèi)容；但是只要用戶調(diào)用WriteFile，系統(tǒng)就將映射到CAM＿Write。其他函數(shù)類似。通常，Camera對圖像的壓縮采用標(biāo)準(zhǔn)是MJPEG算法。在Zc030x上正是采用這一算法完成對數(shù)據(jù)壓縮的。只要在驅(qū)動上增加MJPEG的解碼算法，還原壓縮數(shù)據(jù)，就可以正確顯示圖像了。至此，整個USB Camera的驅(qū)動編寫工作完成。經(jīng)過實驗驗證，已經(jīng)實現(xiàn)了最高為25幀／s，大小為320240的圖片的傳輸。

結(jié) 語
本文介紹了WinCE5．0下USB設(shè)備驅(qū)動框架，結(jié)合USB Camera的驅(qū)動開發(fā)實例說明了在USB驅(qū)動框架中驅(qū)動數(shù)據(jù)的流動方向，并已在中星微公司的301PLUS和303這兩個系列的攝像頭上得到成功運用和實踐。所采用的程序設(shè)計方法及思想，對其他類似嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計也有較高的參考價值。