摘要：從問題的由來、類驅(qū)動程序、通信協(xié)議、描述符、驅(qū)動開發(fā)等對USB的驅(qū)動進(jìn)行分析和討論，提出USB設(shè)備使用操作系統(tǒng)嵌入的通用類驅(qū)動程序成為趨勢。

    關(guān)鍵詞：USB 類驅(qū)動程序 人工接口設(shè)備（HID） Windows驅(qū)動程序模型（WDM）

最初設(shè)計(jì)USB（Universal Serial Bus）這種外設(shè)總線的目的之一就是為了便于使用，這是計(jì)算機(jī)發(fā)展的產(chǎn)物。外設(shè)總線最重要的就是操作系統(tǒng)對外設(shè)的自動識別、配置，實(shí)現(xiàn)熱插拔，即插即用。本文試圖以人工接口設(shè)備（Human interface device，簡稱HID）為主，從問題的由來、類驅(qū)動程序、通信協(xié)議、描述符、驅(qū)動開發(fā)等幾個方面來探討一下USB設(shè)備的驅(qū)動問題。

1 問題的由來

一個非常簡單的設(shè)備安裝有時(shí)得花用戶好幾天時(shí)間，原因何在？設(shè)備的驅(qū)動與其他的驅(qū)動程序或軟件不兼容，或隱有bug。如果操作系統(tǒng)本身就含有用戶需要的驅(qū)動程序，設(shè)備一插就能使用，這是最好不過的事情。

現(xiàn)已有上千種不同的設(shè)備，許多功能大致一樣。操作系統(tǒng)不可能為所有的設(shè)備提供全部的驅(qū)動程序。仔細(xì)考慮一下，許多設(shè)備可歸屬為少數(shù)幾個具有普遍特性和需求的類，因而為每種類定義一個通用的API接口，寫出通用的驅(qū)動程序是可實(shí)現(xiàn)的。

通過定義不同的設(shè)備類型，USB試圖實(shí)現(xiàn)通用驅(qū)動程序這一目標(biāo)。在USB規(guī)范里，除定義了基本的協(xié)議和構(gòu)造用來配置設(shè)備和傳輸數(shù)據(jù)，還為所有的USB設(shè)備定義了機(jī)械和電器件性能要求。USB規(guī)范定義了通信、打印、圖像、儲存、音頻和人工接口設(shè)備等類。一些設(shè)備是單一的類，一些是多種類的綜合體。具有多種類的設(shè)備稱為混合設(shè)備，在USB規(guī)范對設(shè)備有詳細(xì)的劃分。

2 類驅(qū)動程序

由于一些類尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，Win2000只包含了部分USB類的驅(qū)動程序。一旦形成標(biāo)準(zhǔn)得到認(rèn)可，通用的驅(qū)動程序也就自然嵌入到操作系統(tǒng)了。圖1為操作系統(tǒng)中USB驅(qū)動接口框圖。這是一個標(biāo)準(zhǔn)的Windows驅(qū)動程序模型（WDM），是一種分層模式。核心USB Driver Stack模型描述設(shè)備如何安裝和啟動，以及如何為用戶請求服務(wù)和與硬件打交道，并為上層USB驅(qū)動提供接口。上層驅(qū)動完成設(shè)備功能并為用戶層提供接口，這使得向USB總線發(fā)出請求是通過多層結(jié)構(gòu)。

HID類是為一些人工的輸入或輸出設(shè)備而設(shè)計(jì)的，最常用的象鍵盤、鼠標(biāo)、游戲控制器。這種類同時(shí)也包含了前面板顯示區(qū)和鍵盤區(qū)（象電話或VCR遠(yuǎn)程控制），還有觸覺和聽覺反饋設(shè)備。對于HID類的設(shè)備，操作系統(tǒng)已經(jīng)給出了相應(yīng)的驅(qū)動程序。

連接到計(jì)算機(jī)的USB設(shè)備幾乎都包含HID類，用以信號控制。比如一個USB揚(yáng)聲器，音量、音調(diào)控制用HID類，但音頻數(shù)據(jù)傳輸用音頻類。

通常情況下，USB設(shè)備與主機(jī)通信是經(jīng)過USB端口，類驅(qū)動程序無須擔(dān)心或考慮ISA總線、PCI總線、SCSI、IDE或ATAPI接口、串口、并口、鍵盤或鼠標(biāo)口、游戲接口及相關(guān)的一些東西。類驅(qū)動程序甚至不需要了解SUB端口，這個物理接口被USB主機(jī)驅(qū)動程序管理形成抽象層，也正因?yàn)檫@個抽象層及其他相應(yīng)層，使通用使驅(qū)動程序成為可能。每一層有自己的功能，并為上一層提供了API接口，上層沒有必要了解下一層如何工作及內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，各層為一個封裝體。

圖2所示為USB各層之間通信流程。USB用明確定義了的層協(xié)議來減少復(fù)雜化且有利于標(biāo)準(zhǔn)化，各層均有連接，但大多為邏輯型的。最低層的是USB主機(jī)控制器和USB設(shè)備接口之間的物理連接，包括連接線、連接器、狀態(tài)機(jī)。其次在計(jì)算機(jī)方面為USB主機(jī)驅(qū)動程序，這是操作系統(tǒng)所必須的。在設(shè)備方是用于設(shè)備管理和請求的固件程序（Firmware），此層是配和和控制USB接口的邏輯連接。第三層