简单几步，让自定义USB设备也能免驱动运行

做过USB设备开发的人，对USB中的自定义HID设备一定不陌生。很多时候为了通过USB接口与上位机进行通讯，都会采用自定义HID设备的方式。采用这种方式的通讯设备，优点是不需要写驱动程序，Windows上也有相应的API进行操作。这种方式的缺点是通讯速率比较慢，因为HID设备采用中断方式传输数据，对全速设备而言最快一秒钟只能传64K字节数据。而USB全速设备的理论带宽能达到1M字节每秒，连10%的性能都没有达到。

如果采用Bulk传输，则可以达到理论最大带宽，榨干USB总线的性能。但是采用Bulk传输的时候，设备要么做成串口这样的标准设备，免去驱动的编写，这样设备就不是自定义的，使用起来不如自定义设备那么方便。要么做成Bulk传输的自定义设备，但是这样就得写编写驱动程序，而驱动开发也是一个大坑。

那么能不能既能获得自定义的好处，又不进行驱动开发呢？答案是肯定的。

为了省掉自定义设备的驱动开发，微软操碎了心。在Win8或更高版本的系统中，微软集成了WinUSB的WCID设备。WinUSB是微软提供的一个USB设备的通用驱动程序，这个驱动早在XP SP2就开始提供了。使用这个驱动用户不需要编写内核层的驱动程序就能访问USB设备。WCID则是USB驱动一种新的匹配机制，在2012年左右引入的。通常USB设备都是通过VID和PID来进行匹配的，而使用了WCID之后，设备不通过VID和PID来匹配驱动，而是通过一个叫做兼容ID(Windows Compatible ID)的东西来匹配，这样就不用为每一个VID和PID不同的设备编写INF文件了。

需要说明的是，这里说的免驱动有两层含义：一层是不需要编写驱动程序，系统自带了驱动程序，只需写一个inf文件，如USB串口；另一层是不需要编写inf文件，系统会根据设备类型来安装驱动，这需要操作系统的支持。

对于WinUSB设备而言，在Win8之前不用编写驱动程序，但是需要编写inf文件，匹配设备。在Win8之后，如果设备支持WCID，连inf也不用编写。

下面将介绍如何在设备中增加对WCID的支持，让在能在Win8之后的系统上实在真正的即插即用。

首先得要有一个能用起来的自定义设备，在这个设备的设备描述符中，USB版本号设置为2.00，在这个设备的基础之上进行如下的修改：

第一步

响应ID为0xEE的字符描述符请求，字符描述的内容为：

{
0x12,                                         /* bLength */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE,                   /* bDescriptorType */
'M', 0x00,                                    /* wcChar0 */
'S', 0x00,                                    /* wcChar1 */
'F', 0x00,                                    /* wcChar2 */
'T', 0x00,                                    /* wcChar3 */
'1', 0x00,                                    /* wcChar4 */
'0', 0x00,                                    /* wcChar5 */
'0', 0x00,                                    /* wcChar6 */
0x17,                                         /* bVendorCode */
0x00,                                         /* bReserved */
}

这一步是为了让Windows将我们的设备识别为WCID设备，以便进行下一步操作

第二步

响应请求号为0x17并且index为4的厂商自定义请求，返回内容为：

{
    0x28, 0x00, 0x00, 0x00,                       /* dwLength */
    0x00, 0x01,                                   /* bcdVersion */
    0x04, 0x00,                                   /* wIndex */
    0x01,                                         /* bCount */
    0,0,0,0,0,0,0,                                /* Reserved */
    /* WCID Function  */
    0x00,                                         /* bFirstInterfaceNumber */
    0x01,                                         /* bReserved */
    /* CID */
    'W', 'I', 'N', 'U', 'S', 'B', 0x00, 0x00, 
    /* sub CID */
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
    0,0,0,0,0,0,                                  /* Reserved */
};

这一步是为了向Windows上报我们设备的WCID值，因为我们需要的是WinUSB的驱动，所以上报的内容就是WinUSB驱动的WCID：“WINUSB”。

第三步

响应请求号为0x17并且index为5的厂商自定义请求，返回内容为：

{
  ///////////////////////////////////////
  /// WCID property descriptor
  ///////////////////////////////////////
  0x8e, 0x00, 0x00, 0x00,                           /* dwLength */
  0x00, 0x01,                                       /* bcdVersion */
  0x05, 0x00,                                       /* wIndex */
  0x01, 0x00,                                       /* wCount */
  
  ///////////////////////////////////////
  /// registry propter descriptor
  ///////////////////////////////////////
  0x84, 0x00, 0x00, 0x00,                           /* dwSize */
  0x01, 0x00, 0x00, 0x00,                           /* dwPropertyDataType */
  0x28, 0x00,                                       /* wPropertyNameLength */
  /* DeviceInterfaceGUID */
  'D', 0x00, 'e', 0x00, 'v', 0x00, 'i', 0x00,       /* wcName_20 */
  'c', 0x00, 'e', 0x00, 'I', 0x00, 'n', 0x00,       /* wcName_20 */
  't', 0x00, 'e', 0x00, 'r', 0x00, 'f', 0x00,       /* wcName_20 */
  'a', 0x00, 'c', 0x00, 'e', 0x00, 'G', 0x00,       /* wcName_20 */
  'U', 0x00, 'I', 0x00, 'D', 0x00, 0x00, 0x00,      /* wcName_20 */
  0x4e, 0x00, 0x00, 0x00,                           /* dwPropertyDataLength */
  /* {1D4B2365-4749-48EA-B38A-7C6FDDDD7E26} */
  '{', 0x00, '1', 0x00, 'D', 0x00, '4', 0x00,       /* wcData_39 */
  'B', 0x00, '2', 0x00, '3', 0x00, '6', 0x00,       /* wcData_39 */
  '5', 0x00, '-', 0x00, '4', 0x00, '7', 0x00,       /* wcData_39 */
  '4', 0x00, '9', 0x00, '-', 0x00, '4', 0x00,       /* wcData_39 */
  '8', 0x00, 'E', 0x00, 'A', 0x00, '-', 0x00,       /* wcData_39 */
  'B', 0x00, '3', 0x00, '8', 0x00, 'A', 0x00,       /* wcData_39 */
  '-', 0x00, '7', 0x00, 'C', 0x00, '6', 0x00,       /* wcData_39 */
  'F', 0x00, 'D', 0x00, 'D', 0x00, 'D', 0x00,       /* wcData_39 */
  'D', 0x00, '7', 0x00, 'E', 0x00, '2', 0x00,       /* wcData_39 */
  '6', 0x00, '}', 0x00, 0x00, 0x00,                 /* wcData_39 */
}

这一步是为了向Windows注册接口的GUID。

上述内容添加完成后，将你的设备插入电脑，会发现设备能够自动安装上WinUSB驱动程序，如下图所示：

现在问题又来了，设备管理器中确实看到设备驱动已经安装，并且能正常使用，但是要怎么用呢。

微软为了让这个WinUSB能用起来，提供了对应的API。不过这个API用起来不是那么方便，libusb对WinUSB做了进一步的封装，提供了Windows和Linux上访问USB设备的统一接口。笔者对libusb按照Qt的风格又做了一次封装，封装成了QLibUsb。

QLibUsb用起来会更方便一些了。先用enumDevices枚举设备，枚举时可以指定VID和PID，也可以不指定。然后调用open打开设备。打开成功后通过readEndpoints得到设备所有的IN端点号，通过writeEndpoints得到设备所有的OUT端点号。调用write函数向指定的OUT端点写数据。当有IN端点收到数据时，会触发设备的epDataReady信号，在这个信号中对收到的数据进行处理。QLibUsb代码地址：https://github.com/xtoolbox/qtlua/tree/master/src/qlibusb

运行XToolbox.exe后，在USB View框中填入VID和PID后点击【Refresh】按钮搜索设备，在下拉框中选中需要测试的设备后点击Open打开设备。设备打开成功后会在下方显示输入端点和输出端点，选中一个输出端点，填入一些数据后，点击【send】按钮发送数据。当接收到数据时，会在对应的输入端点栏中显示。如下图：

上图中USB设备测试工具下载地址：Github镜像，21ic镜像

如果要在Win8以前的系统中支持WinUSB设备，还是需要编写inf文件，生成inf文件的工具下载：Github镜像，21ic镜像

关于WCID免驱动设备的更多内容在这里。

更多关于STM32上USB设备开发的资料也可以阅读《STM32 USB设备开发指南》，此书还在编写中。下载地址：Github镜像，21ic镜像

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