如何用c语言控制usb外接设备

用C语言控制USB外接设备的方法包括：使用USB库、编写驱动程序、使用现有API。其中，使用USB库是最常见且较为简便的一种方式。

使用USB库可以极大地简化与USB设备的通信过程。例如，libusb是一个广泛使用的开源库，它提供了跨平台的USB访问功能，可以在Linux、Windows和macOS上使用。通过libusb，你可以轻松地发现、打开、读取和写入USB设备，而无需深入了解USB协议的底层细节。接下来，我将详细介绍如何使用libusb库来控制USB外接设备。

一、USB基础知识

在深入探讨如何用C语言控制USB设备之前，了解USB的一些基础知识是非常必要的。USB（Universal Serial Bus）是计算机和电子设备之间通信的标准接口。USB系统的主要组成部分包括主机、设备和中继器。主机可以是计算机，设备则可以是键盘、鼠标、打印机等。USB设备通常通过端点（Endpoint）和接口（Interface）进行通信。

1、USB架构

USB架构包括以下几个重要的概念：

主机（Host）：通常是计算机，它负责控制整个USB系统。
设备（Device）：如键盘、鼠标等外接设备。
接口（Interface）：设备可以有多个接口，每个接口代表一个独立的功能。
端点（Endpoint）：接口包含多个端点，端点是数据传输的基本单元。

2、USB设备描述符

每个USB设备都有一个设备描述符（Device Descriptor），它包含了设备的基本信息，如供应商ID（VID）、产品ID（PID）、设备版本号等。通过这些信息，主机可以识别设备并加载相应的驱动程序。

二、安装和配置libusb库

为了使用libusb库，我们首先需要进行安装和配置。下面分别介绍在不同操作系统上的安装方法。

1、在Linux上安装libusb

在Linux上，libusb通常可以通过包管理器进行安装。例如，在Debian系系统（如Ubuntu）上，可以使用以下命令：

sudo apt-get update sudo apt-get install libusb-1.0-0-dev

2、在Windows上安装libusb

在Windows上，可以从libusb的官方网站下载预编译的二进制文件，或者使用包管理工具如vcpkg进行安装：

vcpkg install libusb

3、在macOS上安装libusb

在macOS上，可以使用Homebrew来安装libusb：

brew install libusb

三、使用libusb控制USB设备

安装libusb库后，我们可以开始编写C代码来控制USB设备。下面是一个简单的示例，展示了如何使用libusb库来与USB设备进行通信。

1、初始化libusb库

首先，需要初始化libusb库：

#include <libusb-1.0/libusb.h>
#include <stdio.h>
int main() {
    libusb_context *ctx = NULL;
    int r = libusb_init(&ctx);
    if (r < 0) {
        fprintf(stderr, "Failed to initialize libusb: %sn", libusb_error_name(r));
        return 1;
    }
    libusb_set_debug(ctx, 3); // Optional: Set debug level
    return 0;
}

2、查找和打开USB设备

接下来，我们需要查找并打开目标USB设备。假设我们知道设备的供应商ID（VID）和产品ID（PID）：

#define VENDOR_ID 0x1234
#define PRODUCT_ID 0x5678
libusb_device_handle *handle = libusb_open_device_with_vid_pid(ctx, VENDOR_ID, PRODUCT_ID);
if (!handle) {
    fprintf(stderr, "Could not open USB devicen");
    libusb_exit(ctx);
    return 1;
}

3、与USB设备通信

打开设备后，我们可以通过端点与设备进行通信。以下示例展示了如何发送数据到设备：

unsigned char data[4] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
int actual_length;
r = libusb_bulk_transfer(handle, LIBUSB_ENDPOINT_OUT | 1, data, sizeof(data), &actual_length, 0);
if (r == 0 && actual_length == sizeof(data)) {
    printf("Data sent successfullyn");
} else {
    fprintf(stderr, "Error in bulk transfer: %sn", libusb_error_name(r));
}

4、关闭设备和释放资源

完成通信后，需要关闭设备并释放资源：

libusb_close(handle);
libusb_exit(ctx);

四、编写自定义驱动程序

在某些情况下，使用现有的USB库可能无法满足需求，特别是当需要实现特定功能或优化性能时。这时，可以考虑编写自定义驱动程序。

1、了解设备协议

编写自定义驱动程序的第一步是了解设备的通信协议。通常，设备制造商会提供相关文档，描述设备的命令和数据格式。

2、编写驱动程序

编写驱动程序通常涉及以下步骤：

初始化设备：设置设备的初始状态。
实现数据传输：实现数据的读取和写入功能。
处理设备事件：处理设备的中断和其他事件。

下面是一个简单的驱动程序示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/usbdevice_fs.h>
int main() {
    int fd = open("/dev/bus/usb/001/001", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("Failed to open device");
        return 1;
    }
    struct usbdevfs_bulktransfer bulk;
    bulk.ep = 0x01;
    bulk.len = 4;
    bulk.timeout = 1000;
    unsigned char data[4] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
    bulk.data = data;
    int r = ioctl(fd, USBDEVFS_BULK, &bulk);
    if (r < 0) {
        perror("Bulk transfer failed");
        close(fd);
        return 1;
    }
    printf("Data sent successfullyn");
    close(fd);
    return 0;
}

五、使用现有API

在某些情况下，操作系统或设备制造商可能提供了现成的API，用于与USB设备进行通信。使用这些API可以简化开发过程，并提高代码的稳定性和兼容性。

1、Windows API

在Windows上，可以使用Windows提供的API，如WinUSB、HIDAPI等。下面是一个使用WinUSB的示例：

#include <windows.h>
#include <winusb.h>
#include <setupapi.h>
#include <stdio.h>
int main() {
    GUID guid = {0xdee824ef, 0x729b, 0x4a0e, {0x9c, 0x14, 0xb7, 0x5c, 0x32, 0x2d, 0x3e, 0x3d}};
    HDEVINFO device_info = SetupDiGetClassDevs(&guid, NULL, NULL, DIGCF_PRESENT | DIGCF_DEVICEINTERFACE);
    if (device_info == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        fprintf(stderr, "Failed to get device infon");
        return 1;
    }
    SP_DEVICE_INTERFACE_DATA device_interface_data;
    device_interface_data.cbSize = sizeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DATA);
    if (!SetupDiEnumDeviceInterfaces(device_info, NULL, &guid, 0, &device_interface_data)) {
        fprintf(stderr, "Failed to enumerate device interfacesn");
        SetupDiDestroyDeviceInfoList(device_info);
        return 1;
    }
    DWORD required_size;
    SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(device_info, &device_interface_data, NULL, 0, &required_size, NULL);
    PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA device_interface_detail_data = (PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA)malloc(required_size);
    device_interface_detail_data->cbSize = sizeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA);
    if (!SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(device_info, &device_interface_data, device_interface_detail_data, required_size, NULL, NULL)) {
        fprintf(stderr, "Failed to get device interface detailn");
        free(device_interface_detail_data);
        SetupDiDestroyDeviceInfoList(device_info);
        return 1;
    }
    HANDLE handle = CreateFile(device_interface_detail_data->DevicePath, GENERIC_WRITE | GENERIC_READ, FILE_SHARE_WRITE | FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
    if (handle == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        fprintf(stderr, "Failed to open devicen");
        free(device_interface_detail_data);
        SetupDiDestroyDeviceInfoList(device_info);
        return 1;
    }
    WINUSB_INTERFACE_HANDLE winusb_handle;
    if (!WinUsb_Initialize(handle, &winusb_handle)) {
        fprintf(stderr, "Failed to initialize WinUSBn");
        CloseHandle(handle);
        free(device_interface_detail_data);
        SetupDiDestroyDeviceInfoList(device_info);
        return 1;
    }
    UCHAR data[4] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
    DWORD bytes_written;
    if (!WinUsb_WritePipe(winusb_handle, 0x01, data, sizeof(data), &bytes_written, NULL)) {
        fprintf(stderr, "Failed to write datan");
        WinUsb_Free(winusb_handle);
        CloseHandle(handle);
        free(device_interface_detail_data);
        SetupDiDestroyDeviceInfoList(device_info);
        return 1;
    }
    printf("Data sent successfullyn");
    WinUsb_Free(winusb_handle);
    CloseHandle(handle);
    free(device_interface_detail_data);
    SetupDiDestroyDeviceInfoList(device_info);
    return 0;
}

六、调试和测试

调试和测试是确保代码稳定性和可靠性的关键步骤。在与USB设备通信时，常见的调试方法包括：

1、使用调试工具

使用调试工具（如Wireshark、USBlyzer等）可以捕获和分析USB通信数据，帮助排查问题。

2、检查返回值和错误码

在每次调用USB函数后，检查其返回值和错误码，可以快速发现和定位问题。

3、逐步调试

使用调试器（如gdb、Visual Studio Debugger等）逐步执行代码，观察变量和状态的变化，找出代码中的潜在问题。

七、总结

用C语言控制USB外接设备涉及多个步骤，包括使用USB库、编写驱动程序以及使用现有API。通过libusb库，可以快速实现对USB设备的基本控制，而编写自定义驱动程序则可以满足更复杂的需求。调试和测试是确保代码稳定性和可靠性的关键步骤。通过掌握这些方法和技巧，可以有效地实现对USB外接设备的控制。对于项目管理，推荐使用研发项目管理系统PingCode和通用项目管理软件Worktile，以提高项目的协作效率和管理水平。