C# 实现自定义的USB设备与上位机进行通信（上位机部分）

2024-06-25 01:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

　　因为以前没用过USB，对USB也不了解，于是上网查了很多资料，不过网上的资料都是零零散散，不清不楚的，于是我自己总结了一下，下面几个链接是网上这么多零散资料里，我觉得比较有参考意义的。

　　USB设备连接思路参考：https://www.cnblogs.com/xyzyx/articles/2959610.html#undefined

　　代码参考：http://www.cnblogs.com/xidongs/archive/2011/11/28/2266100.html#

　　收发数据参考：https://blog.csdn.net/zouwen198317/article/details/5814212

　　整个思路概况为3步：1、识别设备；2、连接设备；3、数据传输。

　　而我这里所有的步骤都是基于直接调用Windos的DLL实现的，调用了hid.dll、setupapi.dll、kernel32.dll，建立好工程后，可以从你自己的电脑里复制出这几个文件到工程目录下使用，调用DLL思路如下：

/* 使用USB传输数据思路 * 0.连接DALL的库函数做好准备工作 * 1.调用HidD_GetHidGuid获取到GUID * 2.调用SetupDiGetClassDevs获取全部的HID值 * 3.调用SetupDiEnumDeviceInterfaces,填写PSP_DEVICE_INTERFACE_DATA结构数据项， * 该结构用于识别一个HID设备接口，结构具体作用参考函数说明 * 4.调用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail获取特定的HID路径名 * 5.调用CreateFile获得设备HID句柄 * 6.调用HidD_GetAttributes，填写HID_ATTRIBUTES结构的数据项， * 该结构包含设备的厂商ID、产品ID和产品序列号，程序可比照这些获取到的参数值确定该设备是否是查找的设备 * 7.查找成功完成，未成功重复3 4 5 6 步 * 8.与自己需要的USB设备连接成功后，调用WriteFile和ReadFile进行数据传输 * 9.关闭时调用SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo)和CloseHandle(HidHandle)断开连接并关闭USB设备 */

　　接下来开始按上面的步骤来操作。

0、连接DALL的库函数做好准备工作 /* ======================声明dll文件中需要调用的函数,以下是调用windows的API的函数======================= */ //获得USB设备的GUID [DllImport("hid.dll")] public static extern void HidD_GetHidGuid(ref Guid HidGuid); Guid guidHID = Guid.Empty; //获得一个包含全部HID信息的结构数组的指针，具体配置看函数说明:https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/desktop/api/setupapi/nf-setupapi-setupdigetclassdevsw [DllImport("setupapi.dll", SetLastError = true)] public static extern IntPtr SetupDiGetClassDevs(ref Guid ClassGuid, uint Enumerator, IntPtr HwndParent, DIGCF Flags); IntPtr hDevInfo; public enum DIGCF { DIGCF_DEFAULT = 0x1, DIGCF_PRESENT = 0x2, DIGCF_ALLCLASSES = 0x4, DIGCF_PROFILE = 0x8, DIGCF_DEVICEINTERFACE = 0x10 } //该结构用于识别一个HID设备接口，获取设备，true获取到 [DllImport("setupapi.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)] public static extern Boolean SetupDiEnumDeviceInterfaces(IntPtr hDevInfo, IntPtr devInfo, ref Guid interfaceClassGuid, UInt32 memberIndex, ref SP_DEVICE_INTERFACE_DATA deviceInterfaceData); //SetupDiEnumDeviceInterfaces 识别出来的SP_DEVICE_INTERFACE_DATA结构，该结构标识满足搜索参数的接口 public struct SP_DEVICE_INTERFACE_DATA { public int cbSize; //SP_DEVICE_INTERFACE_DATA结构的大小 public Guid interfaceClassGuid; //设备接口所属的类的GUID public int flags; //接口转态标记 public int reserved; //保留，不做使用 } // 获得一个指向该设备的路径名，接口的详细信息必须调用两次第1次返回长度第2次获取数据 [DllImport("setupapi.dll", SetLastError = true, CharSet = CharSet.Auto)] private static extern bool SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(IntPtr deviceInfoSet, ref SP_DEVICE_INTERFACE_DATA deviceInterfaceData, IntPtr deviceInterfaceDetailData, int deviceInterfaceDetailDataSize, ref int requiredSize, SP_DEVINFO_DATA deviceInfoData); [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] public class SP_DEVINFO_DATA { public int cbSize = Marshal.SizeOf(typeof(SP_DEVINFO_DATA)); public Guid classGuid = Guid.Empty; // temp public int devInst = 0; // dumy public int reserved = 0; } [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 2)] internal struct SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA { internal int cbSize; internal short devicePath; } [DllImport("setupapi.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)] private static extern Boolean SetupDiDestroyDeviceInfoList(IntPtr deviceInfoSet); //获取设备文件（获取句柄） [DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)] //根据要求可在下面设定参数，具体参考参数说明：https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/desktop/api/fileapi/nf-fileapi-createfilea private static extern int CreateFile ( string lpFileName, // file name 文件名 uint dwDesiredAccess, // access mode 访问模式 uint dwShareMode, // share mode 共享模式 uint lpSecurityAttributes, // SD 安全属性 uint dwCreationDisposition, // how to create 如何创建 uint dwFlagsAndAttributes, // file attributes 文件属性 uint hTemplateFile // handle to template file 模板文件的句柄 ); [DllImport("Kernel32.dll", SetLastError = true)] //接收函数DLL private static extern bool ReadFile ( IntPtr hFile, byte[] lpBuffer, uint nNumberOfBytesToRead, ref uint lpNumberOfBytesRead, IntPtr lpOverlapped ); [DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)] //发送数据DLL public static extern Boolean WriteFile ( IntPtr hFile, byte[] lpBuffer, uint nNumberOfBytesToWrite, ref uint nNumberOfBytesWrite, IntPtr lpOverlapped ); [DllImport("hid.dll")] /*HidDeviceObject:指定顶级集合的打开句柄 Attributes:指向调用者分配的HIDD_ATTRIBUTES结构的指针，该结构返回由HidDeviceObject指定的集合的属性*/ private static extern Boolean HidD_GetAttributes(IntPtr hidDeviceObject, out HIDD_ATTRIBUTES HIDD_ATTRIBUTES); //HidD_GetAttributes的调用者使用此结构来对比查找设备 public unsafe struct HIDD_ATTRIBUTES { public int Size; //指定HIDD_ATTRIBUTES结构的大小（以字节为单位） public ushort VendorID; //指定HID设备的供应商ID( VID ) public ushort ProductID; //指定HID设备的产品ID( PID ) public ushort VersionNumber; //指定HIDClass设备的制造商版本号 } //自定义的结构体，用来存放自己要操作的设备信息 public unsafe struct my_usb_id { public ushort my_vid; public ushort my_Pid; public ushort my_number; } /**/ [DllImport("hid.dll")] /*HidP_GetCaps返回一个顶级集合的 HIDP_CAPS结构，获取设备具体信息，这里暂时用不上 PreparsedData:指向顶级集合的预分析数据的指针; Capabilities:指向调用程序分配的缓冲区的指针，该缓冲区用于返回集合的HIDP_CAPS结构*/ private static extern uint HidP_GetCaps(IntPtr PreparsedData, out HIDP_CAPS Capabilities); [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] public unsafe struct HIDP_CAPS { public ushort UsagePage; //指定顶级集合的使用情况 public uint Usage; //指定顶级集合的使用ID public ushort InputReportByteLength; //指定所有输入报告的最大大小（以字节为单位） public ushort OutputReportByteLength; //指定所有输出报告的最大大小（以字节为单位） public ushort FeatureReportByteLength; //指定所有功能报告的最大长度（以字节为单位） [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 17)] //保留供内部系统使用数组 public ushort NumberLinkCollectionNodes; //指定的数量HIDP_LINK_COLLECTION_NODE了为这个顶级集合返回的结构HidP_GetLinkCollectionNodes public ushort NumberInputButtonCaps; //指定HidP_GetButtonCaps返回的输入HIDP_BUTTON_CAPS结构的数量 public ushort NumberInputValueCaps; //指定HidP_GetValueCaps返回的输入HIDP_VALUE_CAPS结构的数量 public ushort NumberInputDataIndices; //指定分配给所有输入报告中的按钮和值的数据索引数 public ushort NumberOutputButtonCaps; //指定HidP_GetButtonCaps返回的输出HIDP_BUTTON_CAPS结构的数量 public ushort NumberOutputValueCaps; //指定HidP_GetValueCaps返回的输出HIDP_VALUE_CAPS结构的数量 public ushort NumberOutputDataIndices; //指定分配给所有输出报告中的按钮和值的数据索引数 public ushort NumberFeatureButtonCaps; //指定HidP_GetButtonCaps返回的功能HIDP_BUTTONS_CAPS结构的总数 public ushort NumberFeatureValueCaps; //指定HidP_GetValueCaps返回的功能HIDP_VALUE_CAPS结构的总数 public ushort NumberFeatureDataIndices; //指定分配给所有要素报告中的按钮和值的数据索引数 } [DllImport("hid.dll")] private static extern Boolean HidD_GetPreparsedData(IntPtr hidDeviceObject, out IntPtr PreparsedData); //释放设备 [DllImport("hid.dll")] static public extern bool HidD_FreePreparsedData(ref IntPtr PreparsedData); //关闭访问设备句柄，结束进程的时候把这个加上保险点 [DllImport("kernel32.dll")] static public extern int CloseHandle(int hObject); //查看数据传输异常函数 [DllImport("kernel32.dll", EntryPoint = "GetProcAddress", SetLastError = true)] public static extern IntPtr GetProcAddress(int hModule, [MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string lpProcName); 　　上面的DLL调用在 public partial class Form1 : Form{}函数里直接声明就好了 1~7连接USB设备　　连接前先定义一些要用到的变量，再调用 UsBMethod 函数连接，这个函数里面包含了1~7的所有步骤： //定于句柄序号和一些参数，具体可以去网上找这些API的参数说明 int HidHandle = -1; int sele = 0; int usb_flag = 0; bool result; string devicePathName; //CreateFile参数配置 public const uint GENERIC_READ = 0x80000000; public const uint GENERIC_WRITE = 0x40000000; public const uint FILE_SHARE_READ = 0x00000001; public const uint FILE_SHARE_WRITE = 0x00000002; public const int OPEN_EXISTING = 3; private void UsBMethod(int index) { //获取USB设备的GUID HidD_GetHidGuid(ref guidHID); //Console.WriteLine(" GUID_HID = "+ guidHID); //输出guid信息调试用 //获取系统中存在的所有设备的列表，这些设备已从存储卷设备接口类启用了接口 hDevInfo = SetupDiGetClassDevs(ref guidHID, 0, IntPtr.Zero, DIGCF.DIGCF_PRESENT | DIGCF.DIGCF_DEVICEINTERFACE); int bufferSize = 0; ArrayList HIDUSBAddress = new ArrayList(); while (true) { //获取设备，true获取到 SP_DEVICE_INTERFACE_DATA DeviceInterfaceData = new SP_DEVICE_INTERFACE_DATA(); DeviceInterfaceData.cbSize = Marshal.SizeOf(DeviceInterfaceData); for (int i = 0; i < 3; i++) { //识别HID设备接口，获取设备，返回true成功 result = SetupDiEnumDeviceInterfaces(hDevInfo, IntPtr.Zero, ref guidHID, (UInt32)index, ref DeviceInterfaceData); } //Console.WriteLine(" 识别HID接口\t"+result); //识别接口打印信息查看 //第一次调用出错，但可以返回正确的Size SP_DEVINFO_DATA strtInterfaceData = new SP_DEVINFO_DATA(); //获得一个指向该设备的路径名，接口的详细信息必须调用两次第1次返回路径长度 result = SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, ref DeviceInterfaceData, IntPtr.Zero, 0, ref bufferSize, strtInterfaceData); //第二次调用传递返回值，调用即可成功 , 第2次获取路径数据 IntPtr detailDataBuffer = Marshal.AllocHGlobal(bufferSize); SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA detailData = new SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA(); detailData.cbSize = Marshal.SizeOf(typeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA)); Marshal.StructureToPtr(detailData, detailDataBuffer, false); result = SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, ref DeviceInterfaceData, detailDataBuffer, bufferSize, ref bufferSize, strtInterfaceData); if (result == false) { break; } //获取设备路径访 IntPtr pdevicePathName = (IntPtr)((int)detailDataBuffer + 4); devicePathName = Marshal.PtrToStringAuto(pdevicePathName); HIDUSBAddress.Add(devicePathName); //Console.WriteLine(" Get_DvicePathName = "+ devicePathName); //打印路径信息，调试用 //连接USB设备文件 int aa = CT_CreateFile(devicePathName); usb_flag = aa; if (aa == 1) //设备连接成功 { //获取设备VID PID 出厂编号信息判断是否跟自定义的USB设备匹配，匹配返回 1 usb_flag = HidD_GetAttributes(HidHandle); if (usb_flag == 1) break; else usb_flag = 0; } else usb_flag = 0; index++; } }

　　上面的函数调用到了一个建立和设备的连接的函数，该函数主要是用来跟设备建立连接，函数如下：

/* =================建立和设备的连接================== */ public unsafe int CT_CreateFile(string DeviceName) { HidHandle = CreateFile ( DeviceName, //GENERIC_READ | // | GENERIC_WRITE,//读写，或者一起 GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, //FILE_SHARE_READ | // | FILE_SHARE_WRITE,//共享读写，或者一起 FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_EXISTING, 0, 0 ); //Console.WriteLine(" IN_DeviceName = " + DeviceName); //查看参数是否传入 if (HidHandle == -1) //INVALID_HANDLE_VALUE实际值等于-1，连接失败 { //Console.WriteLine(" 失败 HidHandle = 0x" + "{0:x}",HidHandle ); //查看状态，打印调试用 return 0; } else //连接成功 { //Console.WriteLine(" 成功 HidHandle = 0x" + "{0:x}",HidHandle); //查看状态，打印调试用 return 1; } }

　　调用函数建立好连接后，就要判断是否是自己需要的USB设备了，这里就调用了一个判断函数：

/* ==============获取设备的VID PID 出厂编号等信息，存放到HIDD_ATTRIBUTES============== */ public unsafe int HidD_GetAttributes(int handle) { HIDD_ATTRIBUTES HIDD_ATTRIBUTE = new HIDD_ATTRIBUTES(); //handle是CreateFile函数返回一个有效的设备操作句柄，HIDD_ATTRIBUTES是函数返回的结构体信息（VID PID 设备号） bool sel = HidD_GetAttributes((IntPtr)handle, out HIDD_ATTRIBUTE); /*//打印VID、PID信息以16进制显示调试用，打印数据前不能接+号，不然打印不出来，信息为0 Console.Write("\t" + "VID:{0:x}", HIDD_ATTRIBUTE.VendorID ); Console.Write("\t" + "PID:{0:x}", HIDD_ATTRIBUTE.ProductID); Console.WriteLine("\r\n"); */ if (sel == true) //获取设备信息成功 { //对自己定义的my_usb_id结构体赋值，输入自己要操作的设备参数，用来跟读取出来的设备参数比较 my_usb_id my_usb_id = new my_usb_id(); my_usb_id.my_vid = 4292; //自定义的USB设备VID 0x10c4=4292 my_usb_id.my_Pid = 33485; //自定义的USB设备PID 0x82cd=33485 if (my_usb_id.my_vid == HIDD_ATTRIBUTE.VendorID && my_usb_id.my_Pid == HIDD_ATTRIBUTE.ProductID) //判断识别出来的是不是自定义的USB设备 { //Console.WriteLine("获取VID PID成功"); //打印信息调试用 sele = 1; } else sele = 0; return sele; } else { //Console.WriteLine("获取VID PID失败"); //打印信息调试用 return sele = 0; } }

　　到这里就已经连接上USB设备了，接下来可以收发数据了。

8、调用WriteFile和ReadFile进行数据传输　　这里的发送函数使用的是同步发送，至于怎样同步异步各位可以自行到https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/desktop/api/fileapi/nf-fileapi-writefile查看，或者看我前面的收发数据的参考链接 private void button2_Click(object sender, EventArgs e) { if (usb_flag == 1) //USB识别成功后发送数据 { uint read = 0; byte[] src = { 1, 3,1 }; bool isread = WriteFile((IntPtr)HidHandle, src, (uint)9, ref read, IntPtr.Zero); if (isread == false) { int errCode = Marshal.GetLastWin32Error(); // Console.WriteLine("数据发送失败！错误代码：" + errCode); } } } 注意这里缓存区要比你的报文描述符多一个字节，不然会出错，至于接收，使用异步接收，在接收前要做一个调用DLL声明： /*构建一个Overlapped结构，异步通信用， internal是错误码，internalHigh是传输字节,这个两个是IO操作完成后需要填写的内容*/ [StructLayout(LayoutKind.Sequential)] public struct OVERLAPPED { public IntPtr Internal; //I/O请求的状态代码 public IntPtr InternalHigh; //传输I/O请求的字节数 public int Offset; //文件读写起始位置 public int OffsetHigh; //地址偏移量 public IntPtr hEvent; //操作完成时系统将设置为信号状态的事件句柄 } /*监听异步通信函数*/ [DllImport("Kernel32.dll")] public static extern unsafe long WaitForSingleObject(IntPtr hHandle, long dwMilliseconds); 　　声明好后就开始写接收函数了，接收函数怎么异步接收各位可以自行百度，或者官网查阅，也可以看穷前面的收发函数参考链接。 public void redata()//USB异步接收数据 { //初始化Overlapped OVERLAPPED overlap = new OVERLAPPED(); overlap.Offset = 0; overlap.OffsetHigh = 0; //创建事件对象 overlap.hEvent = CreateEvent(IntPtr.Zero, false, false, null); //接收数据缓存区：接收到的数据如果比这个小，则按实际数据大小，接收到一个ID+64个数据 byte[] buffer = new byte[70]; int dwRead = 0; Console.WriteLine("read... "); //while (true) { //读设备 bool re = ReadFile(HidHandle, buffer, 70, out dwRead, out overlap); if (re != false) { SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo); for (int i = 0; i < 70; i++) { Console.WriteLine("i = " + i + " \t buffer = " + buffer[i]); } MessageBox.Show(" READ OK ！"); //break; } } // long cc=WaitForSingleObject(overlap.hEvent, 5000); }

　　这样异步接收可以开一个定时器时不时检测是否有数据接收，来实现，开定时是可以参考我的隐藏窗体功能的那篇文章：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/10110443.html 不过用定时器做不定时检测可能会出现丢包情况，最好的方法是多开一个线程一直等待接收，接收到立刻跳转处理接收处理函数。

　　收发完函数后，就可以关闭通道了，以便节约资源嘛。

9、关闭USB设备

/* 释放关闭USB设备 */ public void Dispost() { //释放设备资源(hDevInfo是SetupDiGetClassDevs获取的) SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo); //关闭连接(HidHandle是Create的时候获取的) CloseHandle(HidHandle); } //===================================================

以上就是USB通信上位机部分的内容了，这些函数都放在 public partial class Form1 : Form{ } 完成，至于下位机的部分各位可以参考：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9913963.html

补充一点：如果生成的程序在你的电脑可正常使用，在别的电脑不可以用的话，那可能是windows系统的DLL出了问题，解决方法可以参考我另一个文章：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9876812.html

本文来自博客园，作者：白菜没我白，转载请注明原文链接：https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9816234.html

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