应用层遍历所有接入的USB设备(1)

简介

USB技术是一个庞大而复杂的技术体系，需要常年的深入研究才能窥探其中的一角。我们这里先从相对简单
的入手点开始介绍，实现在应用层遍历所有USB接口上的设备。代码基于 WDK 中的 usbview 来实现。

USB描述符

在开始动手之前，我们需要先了解一下USB描述符的概念。USB描述符本身是一组数据的结构体，用来
记录USB设备本身的信息，以及该设备可以用于什么功能。系统会根据这些描述，来加载相关的驱动。

描述符的分类

共分为三大类：标准描述符、设备类描述符、厂商描述符。

类型	描述符	数值
标准描述符	设备描述符（Device Descriptor)	0x01
	配置描述符（Configuration Descriptor）	0x02
	字符串描述符（String Descriptor）	0x03
	接口描述符（Interface Descriptor）	0x04
	端点描述符（EndPont Descriptor）	0x05
设备类描述符	人机接口类描述符（HID）	0x21
	集线器类描述符（Hub Descriptor）	0x29
厂商描述符		0xFF

更详细的信息可以从USB标准的相关网站获取（https://www.usb.org），这里只介绍部分信息。

设备描述符

typedef struct _USB_DEVICE_DESCRIPTOR {
    UCHAR bLength;
    UCHAR bDescriptorType;
    USHORT bcdUSB;
    UCHAR bDeviceClass;
    UCHAR bDeviceSubClass;
    UCHAR bDeviceProtocol;
    UCHAR bMaxPacketSize0;
    USHORT idVendor;
    USHORT idProduct;
    USHORT bcdDevice;
    UCHAR iManufacturer;
    UCHAR iProduct;
    UCHAR iSerialNumber;
    UCHAR bNumConfigurations;
} USB_DEVICE_DESCRIPTOR, *PUSB_DEVICE_DESCRIPTOR;

域	值	描述
bLength	数字	此描述符的字节数。
bDecriptorType	常量	描述符类型（此处应为0x01，即设备描述符）。
bcdUSB	BCD码	USB版本号（BCD码）。
bDeviceClass	设备类	bDeviceClass = 0 时，表示设备类型使用接口描述符中定义的类型，且各个接口独立工作。 bDeviceClass = 0xFF 时，表示设备类型是由厂商自定义的。 bDeviceClass = 1 ~ 0xFE 时，查表可得对应设备类值，该设备在不同的接口上支持不同的类。且这些接口可能不能独立工作。此值指出了这些接口集体的类定义。
bDeviceSubClass	设备子类	这些码值的具体含义根据bDeviceClass 域来看。如bDeviceClass 域为0，此域也须为0。如bDeviceClass 域为0xFF，此域的所有值保留。
bDeviceProtocol	设备协议	这些码的值视bDeviceClass 和 bDeviceSubClass 的值而定。如果设备支持设备类相关的协议，此码标志了设备类的值。如果此域的值为0，则此设备不支持设备类相关的协议，然而，可能它的接口支持设备类相关的协议。如果此域的值为0xFF，此设备使用厂商定义的协议。
bMaxPacketSize0	数字	端点0的最大包大小（仅8,16,32,64为合法值）。
idVendor	ID	厂商标志（由USB-IF组织赋值）。
idProduct	ID	产品标志（由厂商赋值）。
bcdDevice	BCD码	设备版本号（BCD 码）。
iManufacturer	索引	描述厂商信息的字符串描述符的索引值。
iProduct	索引	描述产品信息的字串描述符的索引值。
iSerialNumber	索引	描述设备序列号信息的字串描述符的索引值。
bNumConfigurations	数字	可能的配置描述符数目。

配置描述符

typedef struct _USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR {
    UCHAR bLength;
    UCHAR bDescriptorType;
    USHORT wTotalLength;
    UCHAR bNumInterfaces;
    UCHAR bConfigurationValue;
    UCHAR iConfiguration;
    UCHAR bmAttributes;
    UCHAR MaxPower;
} USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR, *PUSB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR;

域	值	描述
bLength	数字	此描述表的字节数长度。
bDescriptorType	常量	配置描述符类型（此处为0x02）。
wTotalLength	数字	此配置信息的总长（包括配置，接口，端点和设备类及厂商定义的描述符），即：将要返回的配置信息总长度。
bNumInterfaces	数字	此配置所支持的接口个数。
bConfigurationValue	数字	在 SetConfiguration() 请求中用作参数来选定此配置。
iConfiguration	索引	描述此配置的字串描述符的索引。
bmAttributes	位图	D7：保留（设为1） D6：自给电源 D5：远程唤醒 D4 ~ D0：保留（设为1）一个既用总线电源又有自给电源的设备会在MaxPower域指出需要从总线取的电量。并设置D6为1。运行时期的实际电源模式可由GetStatus(DEVICE) 请求得到。
MaxPower	毫安	在此配置下的总线电源耗费量。以 2mA 为一个单位。

字符串描述符

typedef struct _USB_STRING_DESCRIPTOR {
    UCHAR bLength;
    UCHAR bDescriptorType;
    WCHAR bString[1];
} USB_STRING_DESCRIPTOR, *PUSB_STRING_DESCRIPTOR;

域	值	描述
bLength	数字	此描述表的字节数（bString域的数值N＋2）
bDescriptorType	常量	字符串描述符类型（此处应为0x03）
bString	字符串	宽字符字符串（WCHAR）类型

显示语言 的字符串描述符与 显示信息 的字符串描述符的区别在于bStrings项的不同。
对于 显示语言 的字符串描述符来说 bStrings 项由多个 wLANGID[n] 数组元素组成，
每个 wLANGID[n] 是一个双字节的代表语言的ID值。一般都是 英语(美国)0x0409。
而对于显示信息的字符串描述符而言，bStrings 则是描述信息的一组 UNICODE 编码。

接口描述符

typedef struct _USB_INTERFACE_DESCRIPTOR {
    UCHAR bLength;
    UCHAR bDescriptorType;
    UCHAR bInterfaceNumber;
    UCHAR bAlternateSetting;
    UCHAR bNumEndpoints;
    UCHAR bInterfaceClass;
    UCHAR bInterfaceSubClass;
    UCHAR bInterfaceProtocol;
    UCHAR iInterface;
} USB_INTERFACE_DESCRIPTOR, *PUSB_INTERFACE_DESCRIPTOR;

域	值	描述
bLength	数字	接口描述符的字节数大小
bDescriptorType	常量	接口描述符的类型编号
bInterfaceNumber	数字	接口的编号
bAlternateSetting	数字	可替换的接口描述符编号。实际就是接口的描述符的编号。
bNumEndpoints	数字	该接口使用的端点数，不包括端点0
bInterfaceClass	接口类	接口类，可以通过查表获知
bInterfaceSubClass	接口子类	接口子类
bInterfaceProtocol	接口协议	接口遵循的协议
iInterface	索引	描述该接口的字符串索引值

端点描述符

typedef struct _USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR {
    UCHAR bLength;
    UCHAR bDescriptorType;
    UCHAR bEndpointAddress;
    UCHAR bmAttributes;
    USHORT wMaxPacketSize;
    UCHAR bInterval;
} USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR, *PUSB_ENDPOINT_DESCRIPTOR;

域	值	描述
bLength	数字	端点描述符字节数大小
bDescriptorType	常量	端点描述符类型编号
bEndpointAddress	数字	端点地址及输入输出属性
bmAttributes	位图	端点的传输类型属性：0~1bit定义了传输类型 00=控制传输、01=同步传输、10=批量传输、11=中断传输。
wMaxPacketSize	数字	端点收、发的最大包大小
bInterval	毫秒	对周期性端点的访问间隔：同步传输，其值必须为1

设备类型的种类

设备类别bDeviceClass

值	说明
0x00	使用接口描述符中提供的类别
0x02	通信类（CDC）
0x09	集线器类
0xDC	用于诊断用途的设备类
0xFE	混杂类型设备类
0xFF	厂商定义的设备类

接口类别bInterfaceClass

值	说明
0x01	音频类
0x02	通信类（CDC）
0x03	人机接口类（HID）
0x05	物理类
0x06	图像类
0x07	打印机类
0x08	大数据存储类
0x09	集线器类
0x0A	CDC数据类
0x0B	智能卡类
0x0D	安全类
0x0E	视频类
0x0F	个人医疗护理类
0x10	音频/视频设备类
0xDC	诊断设备类
0xE0	无线控制器类
0xEF	混杂设备类
0xFE	特定应用类（包括红外的桥接器等）
0xFF	厂商定义的设备

类别的交叉和独享

Base Class	Usage	Description
0x00	Device	Use class information in the Interface Descriptors
0x01	Interface	Audio
0x02	Both	Communications and CDC Control
0x03	Interface	HID (Human Interface Device)
0x05	Interface	Physical
0x06	Interface	Image
0x07	Interface	Printer
0x08	Interface	Mass Storage
0x09	Device	Hub
0x0A	Interface	CDC-Data
0x0B	Interface	Smart Card
0x0D	Interface	Content Security
0x0E	Interface	Video
0x0F	Interface	Personal Healthcare
0x10	Interface	Audio/Video Devices
0xDC	Both	Diagnostic Device
0xE0	Interface	Wireless Controller
0xEF	Both	Miscellaneous
0xFE	Interface	Application Specific
0xFF	Both	Vendor Specific

（此表也适用于标准命令Get_Descriptor中wValue域高字节的取值含义）