python如何使用usb

在Python中使用USB设备的关键在于使用合适的库来实现USB设备的检测、访问和通信，例如pyusb、libusb、hidapi等。这些库提供了接口来读取和写入USB设备的数据、管理设备的连接和断开、处理设备特定的控制命令等。在Python中，pyusb是一个广泛使用的库，它提供了访问USB设备的简单方法。下面将详细介绍如何使用这些库来实现USB通信。

一、安装和配置环境

在使用Python访问USB设备之前，首先需要安装相关的Python库。pyusb是一个常用的选择，它依赖于libusb来与底层USB设备通信。要安装这些库，可以使用以下命令：

pip install pyusb

安装完成后，还需要确保libusb库在系统中可用。在Windows系统上，可以从libusb的官方网站下载并安装相应的驱动程序。在Linux和macOS上，通常可以通过包管理器安装libusb。

二、使用PyUSB进行USB通信

设备检测

首先，我们需要检测连接到系统的USB设备。可以使用pyusb的find函数来列出所有可用的USB设备：

import usb.core
import usb.util
查找所有设备
devices = usb.core.find(find_all=True)
打印设备信息
for device in devices:
    print(f"Device: {device.idVendor}:{device.idProduct}")

这段代码将列出所有连接到系统的USB设备的供应商ID和产品ID。

打开设备

一旦找到了目标设备，就可以打开它进行通信。需要根据供应商ID和产品ID来选择特定的设备：

# 查找特定设备
device = usb.core.find(idVendor=0xXXXX, idProduct=0xXXXX)
if device is None:
    raise ValueError('Device not found')
使设备准备好进行通信
device.set_configuration()

在这个示例中，0xXXXX应替换为实际的供应商ID和产品ID。

读取和写入数据

在与USB设备通信时，通常需要读取和写入数据。可以使用read和write方法来实现：

# 写入数据到设备
endpoint_out = 0x01  # 通常为设备定义的出口
data = [0x01, 0x02, 0x03]  # 示例数据
device.write(endpoint_out, data)
从设备读取数据
endpoint_in = 0x81  # 通常为设备定义的入口
response = device.read(endpoint_in, 64)  # 读取64字节数据
print('Received data:', response)

需要根据设备的文档确定正确的端点和数据格式。

三、处理USB设备的特性

识别设备描述符

USB设备提供多种描述符以定义其特性，包括设备描述符、配置描述符、接口描述符和端点描述符。可以使用usb.util模块来访问这些描述符的信息：

# 获取设备描述符信息
device_desc = device.get_device_descriptor()
print(f"Device Descriptor: {device_desc}")
获取配置描述符
cfg = device.get_active_configuration()
print(f"Configuration Descriptor: {cfg}")

这些信息可以帮助理解设备的结构和功能。

控制传输

有时需要发送特定的控制命令给USB设备，这可以通过控制传输实现：

# 发送控制命令
bmRequestType = usb.util.CTRL_OUT | usb.util.CTRL_TYPE_VENDOR | usb.util.CTRL_RECIPIENT_DEVICE
bRequest = 0x01  # 示例请求
wValue = 0x0000
wIndex = 0x0000
data = [0x01, 0x02]  # 示例数据
device.ctrl_transfer(bmRequestType, bRequest, wValue, wIndex, data)

控制传输用于发送命令和配置设备，具体的请求和数据格式需要参考设备的文档。

四、使用HIDAPI进行HID设备通信

对于HID（Human Interface Device）类型的USB设备，可以使用hidapi库，它专为处理HID设备设计：

安装hidapi

安装hidapi库可以通过以下命令：

pip install hidapi

HID设备通信

与pyusb类似，hidapi也提供了简单的方法来访问HID设备：

import hid
打开HID设备
device = hid.device()
device.open(0xXXXX, 0xXXXX)  # 替换为实际的供应商ID和产品ID
写入数据
data = [0x00, 0x01, 0x02]
device.write(data)
读取数据
response = device.read(64)  # 读取64字节数据
print('Received data:', response)
关闭设备
device.close()

hidapi提供了更高层次的接口，适合处理键盘、鼠标等HID设备。

五、调试和故障排除

在使用USB库时，可能会遇到一些常见问题，例如设备无法识别、权限不足等：

权限问题

在Linux系统上，访问USB设备可能需要超级用户权限，可以通过修改udev规则来解决：

# 创建新的udev规则文件，例如 /etc/udev/rules.d/99-usb.rules
添加以下内容来允许普通用户访问特定设备
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="XXXX", ATTR{idProduct}=="XXXX", MODE="0666"

然后重新加载udev规则：

sudo udevadm control --reload-rules sudo udevadm trigger

设备未找到

确保设备正确连接到系统，并且供应商ID和产品ID是正确的。可以使用系统工具（如lsusb）来确认设备是否被识别。

调试日志

可以启用库的调试日志以获取更多信息：

import logging
import usb.core
启用调试日志
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)
usb.core.show_debug_messages(True)

调试日志有助于识别和解决通信问题。

六、USB通信的高级应用

异步通信

在某些应用场景中，可能需要同时处理多个USB设备或在后台执行USB通信。可以使用Python的异步编程库（如asyncio）来实现异步通信：

import asyncio
import usb.core
async def read_from_device(device, endpoint):
    while True:
        data = device.read(endpoint, 64)
        print('Received:', data)
        await asyncio.sleep(0)
示例异步任务
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(read_from_device(device, endpoint_in))

多线程通信

对于需要并发处理多个任务的应用，可以使用多线程来同时处理多个USB设备：

import threading
import usb.core
def read_device(device, endpoint):
    while True:
        data = device.read(endpoint, 64)
        print('Thread Received:', data)
thread = threading.Thread(target=read_device, args=(device, endpoint_in))
thread.start()

总结

通过pyusb和hidapi等库，Python可以方便地访问和控制USB设备。这些库提供了从设备检测、数据传输到调试和故障排除的全面支持。在使用过程中，理解设备的USB描述符和控制命令是实现成功通信的关键。通过结合异步编程和多线程技术，Python可以高效地处理复杂的USB通信任务。