引 言

　　WinCE5．0是一個32位、多任務、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設備驅動開發(fā)只提供了一些底層支持，攝像頭廠商尚未提供WinCE5．0下USB攝像頭的驅動，因此開發(fā)出WinCE5．0下USB攝像頭驅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設備驅動開發(fā)進行研究，并設計出基于流接口驅動模型的USB攝像頭驅動程序?，F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出來的驅動適用于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總線驅動框架

　　USB系統(tǒng)由USB主機、一個或多個USB設備和物理總線組成。主機上又分兩層：較高的包含USB設備驅動程序的軟件層和主機控制器硬件層，也稱作“適配層”。主機的主要任務是控制對USB設備的雙向數(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備連接起來。WinCE5．0的USB系統(tǒng)軟件由兩層組成：USB設備驅動程序層和底層的由WinCE5．0實現(xiàn)的USB函數(shù)層。

　　USB設備驅動程序使用USB函數(shù)來建立與它們所控制設備的連接，并對這些設備進行配置和通信。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動程序(USBD)模塊和較低的主控制器驅動程序(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提供一個抽象的設備，且對USBD客戶和USB設備功能部件之間的數(shù)據(jù)傳輸進行抽象。USB設備驅動程序使用USBD接口函數(shù)與外圍設備進行通信。

　　IHV和USB設備制造商利用USBD提供的函數(shù)來實現(xiàn)USB設備的驅動程序。OEM負責給基于WinCE的平臺提供HCD模塊，這樣相應的硬件才能與USBD模塊進行交互。圖1說明了與主機的USB硬件和外圍設備相對應的軟件的各個層。

　　2 WinCE5．0下流驅動模型

　　基于WinCE5．0平臺的兩種專用的驅動模型為：本機設備驅動程序和流接口驅動程序。本機設備驅動程序適合于集成到WinCE 5．0 平臺的設備；而后者則是一般類型的設備驅動程序，適用于大部分外圍設備，如調制解調器、打印機等。對大多數(shù)USB外圍設備來說，適用于采用流接口驅動程序模型來開發(fā)驅動程序。

　　流接口驅動程序是一種可以定制接口的驅動模型，一般由設備管理器負責管理。它把設備管理器和應用程序的命令轉換成所控設備的適當動作所需信息。流接口驅動程序需要實現(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設備的流接口驅動程序和WinCE5．0系統(tǒng)其他部件間的關系如圖2所示。流接口驅動程序通過系統(tǒng)提供的文件系統(tǒng)API與應用程序交互；而系統(tǒng)通過設備管理器完成對流接口驅動程序的加載、卸載等管理工作；流接口驅動程序通過調用USBD模塊提供的接口函數(shù)實現(xiàn)與底層USB設備通信。

　　本文使用的流接口函數(shù)方法如表1所列。

　　USB設備驅動程序必須輸出的函數(shù)有：

　?、賃SBDeviecAttach()。當USB設備連接到計算機上時，USBD模塊就會調用此函數(shù)。這個函數(shù)主要用于初始化USB設備，取得USB設備信息，配置USB設備，并且申請必需的資源。
　　②USBInstallDriver ()。主要用于創(chuàng)建一個驅動程序加載所需的注冊表信息，例如讀／寫超時、設備名稱等。
　?、踀SBUninstallDriver ()。主要用于釋放驅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驅動程序必須提供的，缺一不可。

　　另外較為重要的是USB設備驅動程序的注冊表配置。一般的USB設備驅動程序的注冊表配置在[HKEY_LOCAL＿MACHINE＼Drivers＼USB＼LoadClients＼口]下，每個驅動程序的子鍵都有Group 1＿ID＼Group2＿ID＼Group3＿ID＼DriverName 格式，設備的子鍵由供應商、設備類和協(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的供應廠商ID為0X046d，設備ID為0x08a2，那么它的加載注冊表應該寫為：

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

　　3 WinCE5．0下USB攝像頭驅動程序

　　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的驅動開發(fā)工作，最后成功開發(fā)出Zc030x在WinCE5．0下的驅動程序。下面結合USBCamera驅動開發(fā)說明驅動中的數(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)提供的當前外設的句柄，通過它可以獲取外設的信息，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是否可控，分配和填寫設備的上下文內(nèi)容，調用ActivateDevjce()函數(shù)在“Drivers＼USB＼ClientDrivers＼Camera＿Class”鍵值中注冊分配到的設備上下文的指針(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)自動分配給此驅動的數(shù)字。系統(tǒng)在調用ActivateDevice()過程中，又會自動調用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，在設備被移走后，系統(tǒng)調用這個函數(shù)完成相應的善后工作。

　　BOOL WINAPI DeviceNotify(LPVOID lpvNotifyPa-rameter DWORD dwCode．LPDWORD dwInf01．LPDW0RDdwlnfo2．LPDWORD dwlnfo3．LPDWORD dwlnfo4)

　　其中，IpvNotifyParameter是設備的上下文句柄，在RegisterNoticationRoutine中作為參數(shù)傳入；dwCode是系統(tǒng)調用此函數(shù)的原因，如設備被移走，dwcode的值就為USB_CLOSE＿DEVICE，相應的，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外設的驅動加載。當有用戶調用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。當用戶調用CloseHandle()時，系統(tǒng)將直接調用CAM＿Close()，用于關閉一個驅動程序。
　　B00L CAM＿Close(DWORD hOpenContext)

　　其中，hOpenContext是設備驅動的引用事例句柄，由CAM_Open創(chuàng)建。本驅動中，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準是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320×240的圖片的傳輸。

　　結 語

　　本文介紹了WinCE5．0下USB設備驅動框架，結合USB Camera的驅動開發(fā)實例說明了在USB驅動框架中驅動數(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。所采用的程序設計方法及思想，對其他類似嵌入式系統(tǒng)軟件的設計也有較高的參考價值。