Windows 7でのUSB HIDデバイス管理

この記事では、 AVRマイクロコントローラー上の自家製USB HIDデバイスと、 Windows 7 x64オペレーティングシステムを搭載したコンピューターを接続して、データを交換し、マイクロコントローラーのポートを管理する方法について順を追って説明します。 サンプルアプリケーションは、マイクロコントローラポートのUSBポートを介して制御されます（インジケータLEDが接続されています）。 LEDのステータスのステータスを読み取ることもできます-オフまたはオンです。 このトピックは初心者を対象としているため、プログラミングの専門家への大きな要望は、より便利なケースのために、 腐った卵と腐ったトマトを皮肉なコメントで保存することです。

使用したソフトウェア

1 マイクロコントローラーの場合、Objective DevelopmentのV-USBライブラリ[1]およびAtmelのAtmel Studio 6 [2] IDE。 また、WinAVRツールチェーン[3]をダウンロードしてインストールして、マイクロコントローラーファームウェアをコンパイルする必要があります（専門家にとっては、Atmel Studioの一部であるツールチェーンで対応できるため、これは必要ありません）。
2 。 Windowsプログラム（ホストソフトウェア）を作成するために、LibUsbDotNet [4] Travis RobinsonライブラリとMicrosoft Visual Studio C＃2010 [5] IDEが使用されました。

Visual Studio 2010を除くすべてのソフトウェアは無料ですが、Visual Studio C＃2010 Expressは期間限定で無料で使用できます。 すべてのアクションは、オペレーティングシステムWindows 7 x64の環境で実行されましたが、Windowsファミリの他のオペレーティングシステム（Windows XP以降）は間違いなく適切です。

中古鉄

V-USBライブラリのおかげで、AVRマイクロコントローラーはUSB HIDデバイスの作成に適しています。 はんだごてを使用している場合は、公開されているスキームのいずれかに従って自分でUSB接続を組み立てることもできます。 このような回路（V-USBパッケージ[1]から取得）は、例として写真に示されています。



時間と労力を節約するには、既製のブレッドボードを使用することをお勧めします。 USBブートローダーがボードに書き込まれている場合、ボードをフラッシュするためにプログラマを購入する必要がない場合、特に便利です。 AVR-USB-MEGA16ブレッドボードとATmega32Aマイクロコントローラーを使用し、ブートローダー（USBaspプログラマーの動作をエミュレートするUSB​​asploader）を備えています。 これは、スカーフがフルサイズでどのように見えるかです：



また、メタボード（ATmega168またはATmega328を搭載）、またはATmega8マイクロコントローラーのプログラマーを使用することもできます。 これらの腺は、 ebay.comまたはdx.comで安く購入できます。

Atmel Studio 6およびV-USBライブラリを使用したマイクロコントローラーファームウェアの作成

Atmel Studio 6（以降、単にAS6）で新しいプロジェクトを作成します。 AS6がマイクロコントローラーの選択を提案する場合、 Atmega32Aではなく文字AなしのAtmega32を選択します（Atmega32Aはボード上にありますが）-これは重要です。WinAVRツールチェーンは違いを認識せず、Atmega32のみを認識します。 これらのマイクロコントローラーの内部設計は同一であるため、私たちにとって違いはありませんが、AS6には違いがあります。

ここで、コンパイラを正しく構成する必要があります。 AS6のトップメニューで[ ツール ]をクリックし、[ オプション ]をクリックすると、次のウィンドウが表示されます。



リストの左側で、 ツールチェーンを選択します 。 フレーバーのリストが右側に表示されます。 この言葉で、Atmelは使用するツール（ツールチェーン）の可能なオプションをエンコードしました。

.      Native,     (Default).  Native -   GCC      ,         .    Atmel,       AS6.    ,       ,       V-USB (   USB HID     USB)    .  ,         WinAVR,      . 

WinAVRツールチェーンをフレーバーリストに追加するには、[ フレーバーの追加 ]ボタンをクリックします。次のウィンドウが表示されます。



このウィンドウの一番上の行に、WinAVRコンパイラーの名前（任意）を入力し、一番下の行に、ツールチェーンコンパイラーがインストールされている絶対パス（\ binフォルダー）を入力し、[ 追加 ] をクリックします。 スクリーンショットに示すように、追加されたコンパイラがFlavorsリストに表示されます。



新しく追加したWinAVRコンパイラをマウスで選択し、[ デフォルトとして設定 ]ボタン（デフォルトのツールバーにする）をクリックし、[OK]をクリックします。 この手順の後、AS6はWinAVRコンパイラを使用します。

プロジェクトのプロパティを設定します。このため、ソリューションエクスプローラーのカーソルを使用して左クリックでプロジェクト名を選択し、 Alt + F7 （メニュープロジェクト->プロパティ）を押すと、設定のウィンドウが表示されます。



次の設定を行います。

• AVR / GNU Cコンパイラ->シンボルセクションで、行F_CPU = 12000000ULを-Dフィールドに追加します-これはマイクロコントローラー12 MHzの周波数に対応します（このクオーツはAVR-USB-MEGA16ブレッドボードにインストールされます）。
• AVR / GNU Assemler-> GeneralセクションのAssembler flagフィールドで、 -DF_CPU = 12000000ULを追加します。
• AVR / GNU Cコンパイラ->最適化セクションで、 最適化レベルフィールドのサイズを最適化（-Os）にする必要があります。

さらに、非常に重要な点-下の図に示すように、ウィンドウの左側のリストで、[ 詳細設定]セクションを選択します。



[ ツールチェーンフレーバー]ドロップダウンリストで、追加されたWinAVRコンパイラを選択し、AS6がプロジェクトのコンパイル時に使用するようにします。 これでAS6のセットアップが完了しました。

次に、プロジェクト[6]のソースコードファイルを作成したプロジェクトに追加します-ファームウェア\ VUSBフォルダー、VUSB.c、usbdrv.c、usbdrvasm.Sおよびoddebug.cファイルを参照してください。 ASS6プロジェクトは、V-USBライブラリの1つの例に基づいています。hid-custom-rqは、もともとコマンドラインからmakeユーティリティを使用してコンパイルされました。 V-USBライブラリに基づいて、他の多くのコード例を見つけることができます-主にUSB HIDデバイス（マウス、キーボード、入力および出力デバイス）がありますが、USB CDCデバイス（仮想COMポート）もあります。 自分でプロジェクトを作成するのが面倒な場合は、AS6でVUSB.atslnプロジェクトファイルを開くだけで、必要な設定がすべて行われ、必要なファイルがすべて追加されます。

別のブレッドボードを使用する場合は、 usbconfig.hファイルを正しく構成する必要があります。 これはV-USBライブラリの構成ファイルであり、多くの設定とパラメーター（VID、PID、マイクロコントローラーレッグ、記述子の値、およびその他の設定）を設定します。 すべての設定の詳細な説明は、このファイルのコメントに記載されています。 主な注意点は、USD D +およびD-信号（マクロ定義USB_CFG_IOPORTNAME、USB_CFG_DMINUS_BIT、USB_CFG_DPLUS_BIT）に使用されるマイクロコントローラーピンの目的です。これらのレッグには特別な要件が課されます。 アーカイブ[6]の設定ファイルusbconfig.hは、AVR-USB-MEGA16ブレッドボードの脚のレイアウト用であり、動作が保証されています。 プログラムはLEDで点滅します。LEDはブレッドボード上にあり、ポートBの0レッグに接続されています。

コンピュータープログラム（ホストソフトウェア）の作成

プログラムは、マイクロコントローラーを制御するUSB​​接続を介してパケットを送信する必要があります。

 .             V-USB.         makefile   MinGW,    LibUSB.         Visual Studio   LibUsbDotNet.     LibUsbDotNet    ,          ,    .    -     ,      LibUSB  .  ,   ,   -       LibUSB,        USB   Windows.     . 

Microsoft Visual C＃2010 Expressを起動し、Windowsフォームに基づいて新しいプロジェクトを作成します。 次に、 LibUsbDotNet.dllライブラリをプロジェクトに接続する必要があります。 ソリューションエクスプローラーで、プロジェクト名を右クリックし、[リンクの追加]を選択します。



別のウィンドウが表示されます



ここでは、LinUsbDotNet.dllライブラリがあるディスク上のパスを見つける必要があります（デフォルトではC：\ Program Files \ LibUsbDotNetフォルダーをインストールしますが、プロジェクトの作業ディレクトリにDLLファイルのコピーを作成することをお勧めします。行のメインプログラムモジュール（ファイルForm1.cs）へ：

 using LibUsbDotNet; using LibUsbDotNet.Info; using LibUsbDotNet.Main; 

フォームのビジュアルエディターに移動して、次のようにします（3つのボタンボタンと3つのラベルテキストラベルを追加します）。



フォームロードイベントハンドラーを作成します。 プログラムの起動時にLibUsbDotNetクラスのインスタンスが初期化され、それを通じてUSBデバイスと交換されるようにする必要があります。 交換を開始する前に、複数のUSB HIDデバイスをコンピューターに接続でき、各デバイスに個別に連絡できる必要があるため、特にデバイスへのアクセスを開く必要があります。 USBデバイスを識別するために、すべてのUSBデバイスが持つ特別な識別子が使用されます。これらはVIDとPIDです。

 .              -       USB   VID  PID,     .     USB-,   ,   VID/PID,    ,           . 

VIDはメーカーID（ベンダーID）、PIDはデバイスID（製品ID）です。 USBデバイスのVID：0x 16C0 、PID：0x 05DF 、これらの値は、AS6マイクロコントローラープロジェクトの構成ファイルusbconfig.h （このファイルについては既に説明しました）で示されています。 ホストソフトウェアがUSBデバイスにアクセスするには、 usbconfig.hファイルに示されているように、同じパラメーターVID：0x16c0、PID：0x05dfでMyUsbFinderオブジェクトを初期化する必要があります。 これを行うには、Form1クラスのグローバル変数定義領域に次のコードを追加します。

  public static UsbDevice MyUsbDevice; public static UsbDeviceFinder MyUsbFinder = new UsbDeviceFinder(0x16c0, 0x05df); 

どのUSBデバイスを使用するかを決定したら、それに接続できます。これは、プログラムを起動する（フォームウィンドウを開く）ときに便利です。 これを行うには、プログラムのメインフォームを選択し、プロパティエディターで、ロードイベントハンドラーForm1_Loadを作成します。 ハンドラーの本文に、次のコードを入力します。

 private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { MyUsbDevice = UsbDevice.OpenUsbDevice(MyUsbFinder); if (MyUsbDevice != null) { label2.Text = "  !"; } else label2.Text = "   !"; } 

ボタンbutton1（「オン」）にクリックイベントハンドラーを作成します。これには、ビジュアルエディターでボタンをダブルクリックし、イベントハンドラーの本体にコードを追加します。

 private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { //  ,       AVR-USB-MEGA16. UsbSetupPacket packet = new UsbSetupPacket((byte)(UsbCtrlFlags.RequestType_Vendor | UsbCtrlFlags.Recipient_Device | UsbCtrlFlags.Direction_Out), 1, (short)1, 0, 0); int countIn; byte[] data = new byte[1]; MyUsbDevice.ControlTransfer(ref packet, data, 0, out countIn); } 

「オフ」ボタンハンドラーには、コードを追加します。

 private void button3_Click(object sender, EventArgs e) { //  ,       AVR-USB-MEGA16. UsbSetupPacket packet = new UsbSetupPacket((byte)(UsbCtrlFlags.RequestType_Vendor | UsbCtrlFlags.Recipient_Device | UsbCtrlFlags.Direction_Out), 1, (short)0, 0, 0); int countIn; byte[] data = new byte[1]; MyUsbDevice.ControlTransfer(ref packet, data, 0, out countIn); } 

読み取りボタンを処理するためのコード：

 private void button2_Click(object sender, EventArgs e) { //     AVR-USB-MEGA16 -  . UsbSetupPacket packet = new UsbSetupPacket((byte)(UsbCtrlFlags.RequestType_Vendor | UsbCtrlFlags.Recipient_Device | UsbCtrlFlags.Direction_In), 2, (short)0, (short)0, (short)0); int countIn; byte[] data = new byte[1]; if (MyUsbDevice.ControlTransfer(ref packet, data, 1, out countIn) && (countIn == 1)) { label3.Text = "  " + data[0].ToString(); } } 

フォームを閉じるためのイベントハンドラ（プログラムの終了）は、LEDが点灯している場合は消灯します。

 private void Form1_FormClosed(object sender, FormClosedEventArgs e) { UsbSetupPacket packet = new UsbSetupPacket((byte)(UsbCtrlFlags.RequestType_Vendor | UsbCtrlFlags.Recipient_Device | UsbCtrlFlags.Direction_Out), 1, (short)0, 0, 0); int countIn; byte[] data = new byte[1]; MyUsbDevice.ControlTransfer(ref packet, data, 0, out countIn); } 

マイクロコントローラーファームウェアでUSBパケットをデコードする方法

マイクロコントローラー側でのデータの受信と処理は、 usbFunctionSetup関数で実行されます（ファームウェアAS6プロジェクトのメインモジュールVUSB.cにあります）。 関数は次のとおりです。

 usbMsgLen_t usbFunctionSetup(uchar data[8]) { usbRequest_t *rq = (void *)data; if((rq->bmRequestType & USBRQ_TYPE_MASK) == USBRQ_TYPE_VENDOR){ DBG1(0x50, &rq->bRequest, 1); /*  :    */ if(rq->bRequest == CUSTOM_RQ_SET_STATUS){ if(rq->wValue.bytes[0] & 1){ /*  LED */ LED_PORT_OUTPUT |= _BV(LED_BIT); }else{ /*  LED */ LED_PORT_OUTPUT &= ~_BV(LED_BIT); } }else if(rq->bRequest == CUSTOM_RQ_GET_STATUS){ static uchar dataBuffer[1]; /*       usbFunctionSetup */ dataBuffer[0] = ((LED_PORT_OUTPUT & _BV(LED_BIT)) != 0); usbMsgPtr = dataBuffer; /*  ,    */ return 1; /*    1  */ } }else{ /*   USBRQ_HID_GET_REPORT  USBRQ_HID_SET_REPORT  , *     .        , *        . */ } return 0; /* default   :      */ } 

USB HIDデバイスは最もシンプルで、エンドポイント0（デフォルトのコントロールエンドポイント）を通過するコントロール転送にのみ応答します。 要求のタイプ（フィールドbRequest）によって、データ送信の方向がデコードされます。 CUSTOM_RQ_SET_STATUSの場合、これはマイクロコントローラー向けのデータです。 データはデコードされ、マイクロコントローラーはそこに置かれたコマンドを実行します。 この場合、LEDのステータスは、最初に受信したデータバイトでエンコードされます。下位ビットに1がある場合、LEDがオンになり、ゼロの場合、消灯します。 CRequestOM_RQ_GET_STATUSがbRequestフィールドで受け入れられた場合、バッファはLEDの現在のステータスで満たされ、バッファデータがホストに返送されます。 すべてが非常に単純であり、必要に応じて、コードの動作をニーズに合わせて簡単に変更できます。

仕組みのビデオ：



質問に対するコメントと建設的なコメントでお答えできてうれしいです。

参照資料

1 V-USB
2 。 Atmelスタジオ6 。
３ 。 WinAVR
4 。 LibUsbDotNet C＃USBライブラリ 。
5 。 Visual Studio 2010 Express 。
6 。 マイクロコントローラとホストソフトウェアのソースコード 。

PS知識の推進力は、 microsin.netサイトでした。このサイトには、USBプロトコルに関する多くの情報と、USBデバイスでのマイクロコントローラーの実際の使用がありました。 どうもありがとう！ 応答性とこのトピックに関する質問の支援のために、このサイトの開発者に。

将来的には、可能であれば、ハードウェアUSBインターフェイスを備えたマイクロコントローラーで同じことを行う予定です。