英创信息技术工控主板USB通信方案介绍

英创AMR9系列工控主板可以使用USB与PC连接并进行通信。在主板上，我们将USB引到了COM1，使得我们可以通过操作串口的方式来操作USB口的连接与收发。在PC端，我们提供一个使用WDK提供的驱动，来进行USB通信的解决方案。

驱动的安装及说明请参考文章《英创工控主板USB驱动安装说明》。

工控主板端USB收发程序说明

英创AMR9系列工控主板已将USB引导COM1，这里使用开发光盘中的串口例程SPT_HEX做USB收发调试例程。

代码中需要注意的地方：

BOOL ret = OpenPort(portName, baud, databit, stopbit, parity); /* 打开串口*/

在界面中选择COM1打开，调用函数OpenPort，参数portName值为_T('COM1:')。

波特率，停止位，数据位，校验参数不产生实际作用，这里可以使用默认值。

GetCommTimeouts(m_hComm, &CommTimeOuts);
CommTimeOuts.ReadIntervalTimeout = 100; /* 接收字符间最大时间间隔*/
CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 1;
CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant = 0; /* 读数据总超时常量*/
CommTimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 1; /* 设置写超时，避免阻塞*/
CommTimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant = 2; /* 设置写超时，避免阻塞*/
SetCommTimeouts(m_hComm, &CommTimeOuts) ;

在函数OpenPort中，调用SetCommTimeouts设置超时函数时最好设置有写超时，否则在发数据时，在PC端接收完数据前，WriteFile函数会一直阻塞。

PC端USB收发程序说明

在WDK提供的驱动中，创建了2个pipe来进行USB的收发，通过对这两个pipe的ReadFile和WriteFile操作进行USB通信。

1、检测设备

USB设备支持即插即用，当设备连接或断开时，都可以收到系统将发出的消息。

使用该消息需要先引用系统头文件

#include 'dbt.h'

并在在MESSAGEMAP宏中添加设备检测消息WM_DEVICECHANGE

BEGIN_MESSAGE_MAP(Cusb_connDlg, CDialog)
ON_WM_PAINT()
ON_WM_QUERYDRAGICON()
//}}AFX_MSG_MAP
…
ON_WM_DEVICECHANGE()
END_MESSAGE_MAP()

在对话框头文件中添加该消息的响应函数

afx_msg BOOL OnDeviceChange(UINT nEventType,DWORD_PTR dwData);

当设备发生变化（USB接上或断开）时，OnDeviceChange函数会得到响应。
BOOL Cusb_connDlg::OnDeviceChange( UINT nEventType, DWORD_PTR dwData )
{
switch(nEventType)
{
case DBT_DEVICEARRIVAL:
// UpdateUsbDeviceList();
break;
case DBT_DEVICEREMOVECOMPLETE:
//UpdateUsbDeviceList();
//UpdateWindow();
break;
}
return TRUE;
}

获取USB读写管道路径

首先，获取设备路径需要使用到setupapi.lib库中的相关函数，所以需要在工程中添加setupapi.lib库

添加setupapi.lib库的头文件

#include

添加驱动代码的public.h头文件，该头文件定义了USB设备的GUID

// {6068EB61-98E7-4c98-9E20-1F068295909A}

DEFINE_GUID(GUID_CLASS_USBSAMP_USB,
0x873fdf, 0x61a8, 0x11d1, 0xaa, 0x5e, 0x0, 0xc0, 0x4f, 0xb1, 0x72, 0x8b);

添加一个GetUsbDeviceFileName函数通过GUID获取设备地址

BOOL Cusb_connDlg::GetUsbDeviceFileName(LPGUID pGuid, LPWSTR devName)
{
ULONG NumberDevices;
HDEVINFO hardwareDeviceInfo;
SP_DEVICE_INTERFACE_DATA deviceInfoData;
ULONG i;
BOOLEAN done;
PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA functionClassDeviceData = NULL;
ULONG predictedLength = 0;
ULONG requiredLength = 0;
hardwareDeviceInfo =
SetupDiGetClassDevs ( pGuid,
NULL, // Define no enumerator (global)
NULL, // Define no
(DIGCF_PRESENT | // Only Devices present
DIGCF_DEVICEINTERFACE)); // Function class devices.
if (hardwareDeviceInfo == INVALID_HANDLE_VALUE) {
return FALSE ;
}
NumberDevices = 4;
done = FALSE;
deviceInfoData.cbSize = sizeof (SP_DEVICE_INTERFACE_DATA);
i=0;
while (!done)
{
NumberDevices *= 2;
for (; i < NumberDevices; i++)
{
if (SetupDiEnumDeviceInterfaces (hardwareDeviceInfo,
0, // We don't care about specific PDOs
pGuid,
i,
&deviceInfoData))
{
SetupDiGetDeviceInterfaceDetail (
hardwareDeviceInfo,
&deviceInfoData,
NULL, // probing so no output buffer yet
0, // probing so output buffer length of zero
&requiredLength,
NULL); // not interested in the specific dev-node
predictedLength = requiredLength;
// sizeof (SP_FNCLASS_DEVICE_DATA) + 512;
functionClassDeviceData = (PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA) malloc (predictedLength);
if(NULL == functionClassDeviceData)
{
break;
}
functionClassDeviceData->cbSize = sizeof (SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA);
if (! SetupDiGetDeviceInterfaceDetail (
hardwareDeviceInfo,
&deviceInfoData,
functionClassDeviceData,
predictedLength,
&requiredLength,
NULL))
{
free( functionClassDeviceData );
break;;
}

StringCchCopy(devName, MAX_LENGTH, functionClassDeviceData->DevicePath) ;
free( functionClassDeviceData );
done = TRUE;
break;
}
else
{
if (ERROR_NO_MORE_ITEMS == GetLastError())
{
done = TRUE;
i = -1;
break;
}
}
}
}
NumberDevices = i;
SetupDiDestroyDeviceInfoList (hardwareDeviceInfo);
if (i >= 0)
{
return TRUE;
}
else
{
return FALSE;
}
}

该函数大致流程：

1.通过SetupDiGetClassDevs函数根据GUID获得设备顶级窗口句柄。

2.然后通过这个句柄，使用SetupDiEnumDeviceInterfaces函数枚举USB设备，直到找到符合条件的USB设备或枚举完所有设备为止。

3.当找到符合条件的设备后，使用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail函数获取设备路径。

根据设备路径获得输入管道和输出管道的路径。

// 获得USB设备路径 deviceName '\\?\usb#vid_045e&pid_00ce#00000000-0000-0000-0427-980002d9f4b1#{00873fdf-61a8-11d1-aa5e-00c04fb1728b}'
if(!GetUsbDeviceFileName((LPGUID)&GUID_CLASS_USBSAMP_USB, deviceName))
{
MessageBox(L'设备未连接');
return;
}
// hRead读管道路径 inPipe '\\?\usb#vid_045e&pid_00ce#00000000-0000-0000-0427-980002d9f4b1#{00873fdf-61a8-11d1-aa5e-00c04fb1728b}\PIPE00'
StringCchCopy(inPipe , MAX_LENGTH, deviceName);
StringCchCat(inPipe, MAX_LENGTH, L'\\' );
if(FAILED(StringCchCat (inPipe, MAX_LENGTH, L'PIPE00'))) {
return;
}
// hWrite写管道路径 outPipe '\\?\usb#vid_045e&pid_00ce#00000000-0000-0000-0427-980002d9f4b1#{00873fdf-61a8-11d1-aa5e-00c04fb1728b}\PIPE01'
StringCchCopy(outPipe , MAX_LENGTH, deviceName);
StringCchCat(outPipe, MAX_LENGTH, L'\\' );
if(FAILED(StringCchCat (outPipe, MAX_LENGTH, L'PIPE01'))) {
return;
}

驱动代码设定，输入管道路径为设备路径加上\PIPE00，输出管道路径为设备路径加上\PIPE01

2、USB口通信

通过CreateFile打开管道，使用WriteFile和ReadFile就可以进行USB口的输入输出了。

注意，在读取USB口数据时，ReadFile函数会阻塞。所以需要用非阻塞的方式读，在打开PIPE时使用FILE_FLAG_OVERLAPPED标记。

hRead = CreateFile(inPipe,
GENERIC_WRITE | GENERIC_READ,
FILE_SHARE_WRITE | FILE_SHARE_READ,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_FLAG_OVERLAPPED,
NULL);
if(hRead == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
MessageBox(L'输入通道打开失败');
return;
}

在读线程中使用异步方式读。

success = ReadFile(pDlg->hRead, pDlg->inBuf, 65536, &len, &overlap);
// 因为是overlapped操作，ReadFile会将读文件请求放入读队列之后立即返回（false）,而不会等到文件读完才返回(true)
if (!success)
{
if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)
{
dwRes = WAIT_TIMEOUT;
while(dwRes != WAIT_OBJECT_0)
{
dwRes = WaitForSingleObject(pDlg->hRead, 1000);
// 获取读的的长度
success = GetOverlappedResult(pDlg->hRead, &overlap, &len, FALSE);
// 上面二条语句完成的功能与下面一条语句的功能等价：
// 一直阻塞等到得到数据才继续下面。
// GetOverlappedResult(pDlg->hRead, &overlap, &len, TRUE);
if (pDlg->killThread)
{
// 关闭线程，直接关闭
return 0;
}
}
}
else
{
// 出错！
return -1;
}
}

传输速度测试

编写程序，测试工控主板端向PC端的数据传输速度。

EM9170上传速度最高可达3.6MB/秒。

EM9160上传速度最高可达500kb/秒。

其他说明

驱动中默认的管道BUFFER大小为256字节，在读写操作时，不宜超过管道BUFFER大小，否则会返回失败。例程中提供一个修改后的驱动，只是简单将BUFFER扩大到64K，原驱动保留为usbsamp_bak.sys。