基于USB3.0的设备自定义请求实现方法

陈锴

摘要： 该文主要讨论了一种新方法，实现了主机通过一种新的自定义设备请求，获取存储于USB3.0设备固件中详细的UI信息。从而可使OEM/IHV厂商不必再随其生产的USB3.0设备分发任何特定的安装媒体。

关键词： USB3.0；设备自定义；固件；UI；设备请求

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）07-1648-03

1 背景

USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是一种灵活，快速的总线接口。USB技术的出现让IT产业的接口产生了巨大的革命。其主要特征是低成本，同步，高速，双向，高速，可即时连接，是对当今计算机体系结构的一种工业标准扩展，因此支持USB的设备现在已经十分广泛。主机通过USB总线对设备的操作，完成对其连接，配置，使用和断开等功能。随着硬件设备的不断发展进步，更高的传输速度和更大的带宽越来越被人们所重视，由此各界对USB 3.0的需求也愈来愈高。2008年11月发行的USB 3.0通用串行总线（ Universal Serial Bus）是最新规范，该规范由英特尔等大公司发起，其最高传输速度可达5 Gb/ s，并且兼容USB 2. 0 及以下接口标准。

2 设备请求介绍

设备请求是USB3.0的重要组成部分。设备的信息和功能都存在它的设备描述符（descriptor）中，要想得到这些信息，或是修改这些信息，就要对描述符进行读写操作，完成这些读写的行为称为设备请求。

设备请求包括标准请求、设备类请求和厂商自定义请求。

1） 标准请求：USB3.0协议定义了一系列所有USB3.0设备都必须支持的请求。它们用于配置一个设备、控制USB接口的状态，还有其他特征。

2） 设备类请求：每个USB3.0设备类都可以定义类的特定请求，除了集线器设备之外，这些请求由设备类的协议说明文档定义，它们并不包含在USB3.0协议的主体部分。

3） 厂商自定义请求：一个USB3.0设备可以支持设备厂商自定义的请求，这些请求和设备厂商对设备的具体实现相关。厂商自定义的请求只有设备和主机端对应的设备驱动程序知道。

所有的设备在设备的缺省控制通道处对主机的请求发出响应。这些请求是通过使用控制传输来发送的，请求及请求的参数通过Setup阶段的数据包发向设备，主机负责设置Setup数据包内的每个域的值，每个Setup包有8个字节，见表1。

3 设备自定义请求的实现

高层主机的应用程序和操作系统厂商，会根据实际应用需要对设备定义一些特定的设备请求与响应。而底层的硬件制造商（OEMs）和独立硬件商（IHVs），即设备生产和发行方，会对主机软件和操作系统的这些额外的自定义设备请求提供支持。虽然USB3.0协议主体中规范了多种类型的设备请求，但并没有对上述的主机自定义请求进行详细说明。

一般情况下设备安装过程为： USB3.0设备与主机连接后，用户需要安装OEM/IHV提供的光盘或应用程序。安装程序通常包括设备特定的设置和资源，如下所示：

A.设备驱动

B.用户界面（UI），包含图标，字体，图片，标志，帮助页面，通用资源定位符（URL）。

C.详细的说明，设置和资源定位信息文件。

在安装过程中，操作系统通过设备提供的USB标准类和子类信息码，来判断此设备是否为通用设备，或可用默认驱动来控制此设备。通常情况下大部分USB3.0设备都可使用系统默认驱动控制，所以用户就可不必再安装OEM/IHV提供驱动。

随着USB3.0设备大范围的普及，OEM/IHV厂商们更希望操作系统能够自行加载设备某些自定义信息（如，图标，字体，图片，标志，帮助页面，通用资源定位符（URL）），这样即使用户不用安裝任何额外的程序或驱动，操作系统也能为设备提供恰当的UI和信息。如果解决了这个问题，将大大简化了设备安装过程，提高了设备的易用性。同样，也降低了OEM/IHV厂商的成本。

本文根据这个问题，提出一种解决方案。即把设备自定义的UI信息存储于USB3.0设备固件中。当主机与设备通信时，设备响应主机的请求，把设备的UI，配置信息传输给主机。设备使用系统默认驱动时，不用安装厂商提供的任何文件，也能完成对设备的正确配置。

如图1示例系统，设备自定义的设置和资源信息都存储于固件中。操作系统或应用程序可以通过主机自定义请求读取这些信息，从而为用户提供恰当的UI和设备信息。

系统由主机与设备组成，两部分通过USB总线相连。主机一般为PC或其他类型计算机。主机中具有一个或多个处理器，存储设备（如内存，硬盘等）。操作系统如（Windows）和各种应用程序会存储于硬盘和内存中，通过处理器运行。主机中还包含操作系统所支持的USB驱动和端口。主机与设备的通信过程为：高层的应用程序对操作系统的系统服务进行操作， 然后由系统服务配置低层的通信细节后完成通信，最后把设备返回的信息反馈给应用程序。

图1中的设备可以是硬盘，闪存，数码相机，鼠标等等。设备中也包含了一个或多个处理器，各种类型的存储器和USB总线端口。其中存储器存储了控制设备与主机通信的控制逻辑，并可由处理器运算后执行。

设备通过USB总线，对主机的请求发出响应。这些请求是通过使用控制传输来发送的，请求及请求的参数通过Setup包发向设备。设备接收到Setup数据包后，响应主机返回数据。

图1设备中定义了一种新的设备自定义描述符-扩展属性描述符。描述符中存储着设备自定义的UI信息。这些UI信息的格式是由操作系统厂商所定义的。OEM/IHV厂商依据规范格式可把UI信息（如：图标，字体，标志，URL等）写入扩展属性描述符，并存储于设备存储器，即固件中。

此系统可以实现：设备使用前，主机发送自定义请求给设备，命令返回相应的設备自定义UI信息，然后设备响应主机请求返回数据。最后主机根据设备返回的UI信息配置操作系统，提供相应的UI及组件。

举例说明：普通数码摄像机和PC相连后，Windows系统通常只会识别为逻辑磁盘设备（只显示默认卷标），且只提供磁盘存储设备的UI。但是，如果设备加入了扩展属性描述符，而且经过主机自定义请求后获得此描述符，操作系统就可以根据描述符中的数据获得有关数码相机的详细信息。这些信息可使Windows为数码相机提供更加恰当的标识（如，卷标显示Digital Camera）和相机相关的UI，而不仅仅只当成磁盘存储设备。

本文所提出的方法，即为各式USB3.0设备定义了可嵌入在USB3.0标准协议中，一种新的设备请求-主机自定义设备请求。此主机自定义设备请求可由操作系统厂商或应用程序规范，设备厂商能够从底层支持这些请求。

置如下：

持主机的自定义请求，从而不会进行下一步操作。反之验证无误，则主机识别出设备支持自定义设备请求。读取bVendorCode域中的设备自定义请求码。随后，主机根据此设备自定义请求码，配置下一阶段的主机自定义请求。主机自定义请求中各个域的含义和数值，不再遵循与表1中的标准设备请求的规范。其实际含义由系统厂商所自定义。

从而接下来的主机控制传输中各个域值设置成：

bmRequestType=1100001，表示此次请求是设备到主机，厂商自定义，接受者为设备的请求类型。

bRequest=bVendorCode域中相应的值，指明主机所要读取的设备自定义描述符。

wValue和wIndex域中根据不同请求含义不同。

wLength域表示有多少字节的数据返回。

由此，对主机自定义请求配置完毕后，通过USB3.0总线发送到设备，随后设备响应主机自定义请求，返回设备固件中所存储的自定义描述符。如图1所搭建系统中的扩展属性描述表。从而操作系统获取描述表中有关此设备的UI信息。

4 小结

对比于传统的USB3.0设备使用前，用户必须使用OEM/IHV厂商为USB3.0设备所提供的特定安装程序，才能提供恰当的UI信息而言。该文所论述的方法在兼容USB3.0协议基础上。通过实现一种新的主机自定义设备请求，直接从USB3.0设备中获取其自定义的UI信息配置操作系统或程序。从而OEM/IHV厂商，只需在USB3.0设备中加入对应于主机自定义设备请求的自定义描述符，就可使用户无需安装任何文件，系统也能为其提供相应的UI，提高了USB3.0设备的灵活性，易用性。为OEM/IHV厂商提供了方便，降低了成本。

参考文献：

[1] Intel，Microsoft，NEC，Universal Serial Bus Specification 3.0.2008-11.

[2] Suguru Ishii.Peripheral Device And Method Of Connecting Peripheral Device With Host Device，United States Patent Application，2011.

[3] Moore，Terrill M. Usb Hub Supporting Unequal Numbers Of High-Speed And Super-Speed Ports， United States Patent Application，2011.

[4] ADERSON Don .USB系统体系，2007.