前段時間，公司委派我負責一個嵌入式項目，項目要求是在WinCE平臺上集成USB攝像頭驅動和視頻采集程序。這個項目的關鍵是要集成USB攝像頭驅動，并高效的把攝像頭設備進行初始化以取得一幅完整的圖像。幸好我以前開發過WinCEUSB的主從設備的驅動程序。但雖然如此，我還是花了一些時間來調整系統的穩定性和可靠性。在這里我分享在這次項目實踐中得到的經驗和教訓，希望大家能少走彎路。
一.什么是USB設備驅動程序開發?
隨著USB設備的普及，USB設備驅動開發在嵌入式系統變得越來越重要了。為了支持不同類型的硬件可以連接到WinCE平臺上，微軟提供了具有定制接口的流接口驅動程序模型。WinCE的USB外圍設備一般是使用流接口驅動程序。流接口驅動程序是指通過系統提供的文件系統API與應用程序交互;WinCE內核系統會通過設備管理器來完成對流接口驅動程序的加載、卸載等管理工作;而流接口驅動程序則會通過調用USBD模塊提供的接口函數實現與底層USB設備通信。因此，在進行USB設備驅動程序開發之前，我們必須先了解USB設備驅動的結構和分類。
(1)主機與USB攝像頭的通訊結構
USB攝像頭驅動程序主要是利用系統提供的底層接口配置設備和攝像頭設備進行通訊。因此，WinCE的USB攝像頭驅動分為兩層：USBClient設備驅動程序和底層的WinCE函數實現層。而底層的函數層本身又由兩部分組成，即通用串行總線驅動程序(USBD)模塊和較低層的主控制器驅動程序(HCD)模塊。HCD負責最底層的處理，USBD模塊實現較高的USBD函數接口。因此，USB攝像頭驅動主要是利用USBD接口函數和外圍USB攝像頭打交道。
一般來說，主機和USB外設之間的通訊是由在主機端通過USBD模塊和HCD模塊使用的PIPE訪問一個通用的邏輯設備來完成。也就是說，USBD和HCD是一組抽象出來用于訪問USB設備的邏輯接口，它們主要是負責管理USB外設的連接、加載、移除、數據傳輸和通用的配置。其中HCD是由主機控制和驅動的，是為USBD提供底層的功能訪問服務。而USBD則是由USB總線驅動的，位于HCD的上層，是利用HCD的服務提供較高層次抽象的功能。
由于HCD和USBD都是面向一致的邏輯設備接口，因此如果嵌入式系統中擁有多種USB物理外設的話，那么就需要有唯一對應的外設驅動程序，也就是要有最上層的PIPE所連接的物理設備和USB設備驅動程序。有了對這個結構的認識，那么我們在進行USB設備驅動程序開發時首先要寫的就是最上端的USB攝像頭客戶端驅動程序，在WinCE的樣例程序中它也被稱為USBClientDriver。它是工作于USBD之上，所以實際上我們的工作就變成了利用USBD提供的接口針對特定的物理設備來完成USB設備驅動程序。(見圖)
(2)流驅動程序的分類和函數結構
WinCE驅動程序是介于內核系統和物攝像頭驅動理設備之間的一個代碼層，它的主要作用是為內核系統提供一個接口用來操作不同的外圍設備，包括物理設備和虛擬設備。驅動程序提供給內核系統的接口一般可以分為：本地驅動(NativeDrivers)和流驅動(StreamDrivers)。我從這次項目實踐中得到的經驗是，WinCE下的所有驅動都可以歸類到這兩個里面，二者必居其一。
流驅動是指通過為內核系統提供流接口函數來實現驅動外圍設備，如XXX_Init()、XXX_Open()、XXX_Read()、XXX_Write()、XXX_Close()等。這一類的驅動由DeviceManager來管理，它是通過調用ActivateDeviceEx()函數來實現加載流驅動的。ActivateDeviceEx()的參數是注冊表中相應的鍵，用來設定加載流驅動的屬性，如Index、Order、Prefix等等。流驅動加載成功后，應用程序就可以通過調用CreateFile()、ReadFile()、WirteFile()等函數來訪問流驅動設備了。而與流驅動相反，軟裝，本地驅動提供給內核系統的不是標準的流接口，而是事先約定好的特定接口。因此不同的本地驅動設備，接口也是不一樣的。在WinCE中，常見的本地驅動有LCD顯示驅動、觸摸屏驅動、鼠標和鍵盤驅動及打印機驅動等。從這里可以看出，本地驅動主要是涉及與人機界面相關的驅動。它們是由GWES來管理的，由于他們在注冊表中有各自相應的配置信息，因此它們會在系統啟動時自動加載。簡單的說，就是本地驅動是由內核系統操作和調用的，一般的應用程序是不能訪問和調用的