基于C#的USB3.0接口程序设计

樊高有++王勇++杨振国

摘 要：USB3.0接口速度快、简单、占用资源少，在实际设计工作中应用广泛。设计一种基于USB3.0接口的上位机软件，在C#.NET平台下实现USB3.0设备的读写、数据接收和发送、数据传输动态显示以及数据存储。实验结果表明，采用该程序可以提高程序开发效率，各方面功能都能得到很好的实现。

关键词关键词：C#；USB3.0；上位机；数据传输

DOIDOI：10.11907/rjdk.162031

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2016）011011103

0 引言

USB（Universal Serial Bus）是一种新型的计算机总线接口技术。目前，在电子消费产品以及智能测控等领域应用越来越广泛，在设计工作中也被越来越多采用。新的USB3.0总线技术提供了5.0Gb/s的传输速率，并向下兼容低速1.5Mb/s、全速12Mb/s和高速480Mb/s传输速率。Cypress公司提供的Cypress Suite USB开发包包含.NET平台的动态链接库CyUSB.dll[1]。本文探讨如何在Windows平台的.NET开发环境中，采用C#开发了USB3.0对接的上位机软件设备。

1 软件总体设计

（1）从程序架构角度考虑，数据传输功能、显示功能以及数据存储功能分为独立的3个部分，分别由相应的类实现。

（2）使用事件传递内容，减小数据传输部分、显示部分以及数据存储部分的耦合度。

（3）程序功能相对复杂，分步实现：先完成USB设备检测，实现设备连接功能；然后传输数据，数据接收，实现数据存储功能；最后实现界面数据实时更新[2]。

上位机窗体界面主要有3个部分组成，即设置、运行状态以及接收与发送数据缓冲区，如图1所示。程序总体工作流程如图2所示。

2 程序功能实现

2.1 设备自动检测

当USB设备连接到计算机时，能够自动获取USB设备列表、传输端点；当USB设备被移除后，能够自动识别USB设备已被断开，重新设置和获取USB设备。其部分程序如下：

2.2 数据传输

数据传输分为两类，一是PC（ personal computer ）向USB设备写数据，二是PC从USB设备读取数据。主要使用BeginDataXfer函数通过端点进行异步数据传输，使用FinishDataXfer函数执行异步I/O数据传输，获取并保存传输的数据以及传输结果。本文主要探讨PC从USB设备读取数据，并把数据保存到指定文件。由于USB3.0的传输速度非常快，最大速度可以达到5.0Gb/s，为实现更快的接收速率，本文在程序设计中开起两个线程[3]。其中，一个线程用于接收USB设备传来的数据，称为读线程；另一个线程用于把接收到的数据存盘，称为写线程，而且考虑到传输数据的完整性和一致性，还需要建立一个线程安全队列。此外，考虑错误处理、程序异常等情况，本文程序开启了一个监视队列线程，用于监视队列中元素的变化，保证读线程和写线程能够更好地同步执行，如图3所示。

程序中，借助AutoResetEvent类从一个线程向另一个线程发送通知[4]。

Static AutoResetEvent m_Write = new AutoResetEvent（false）；//从监视队列线程向写线程发信号

static AutoResetEvent m_WriteMonitor = new AutoResetEvent（false）；//从写线程向监视队列线程发送信号

ConcurrentQueue提供线程安全的先进先出集合，这意味着元素出队列的顺序和加入队列的顺序是一致的，能保证在同一时间只有一个线程能访问，实现线程的安全和串行化[4]。在程序中，本文使用ConcurrentQueue集合实例创建了一个任务队列。

Private static ConcurrentQueue _ConcurrenProducts = new ConcurrentQueue（）；

首先，定义一个被操作对象的类CustomTask，用于保存操作结果。在这个类中，由一个字段和类构造函数。读线程把接收到的数据添加到队列，而写线程将队列中的数据写入到文件中。

2.3 界面动态显示

在C#的应用程序开发中，经常要把UI线程和工作线程分开，防止界面停止响应，同时需要在工作线程中更新UI界面上的控件。由于.NET禁止跨线程调用控件，使用delegate和invoke从其它线程中调用控件，使用定时器，每隔1s更新一次界面[56]。

首先在System.Timers.Timer类中创建一个time定时器，其轻量、计时精确，对应用程序、消息没有特别的要求。

然后，把需要更新的控件都加入updataUI事件中，在程序开始接收数据或者发送数据时，设置time.Enabled 为true，启动定时器，同时开始计时 t1=DateTime.Now。下面以更新接收数据的时间和传输数据的速率为例说明。

2.4 软件测试

在PC上安装好USB3.0设备的驱动程序，然后测试上位机在不同发送速率和不同发送数据大小下数据接收一致性和完整性，同时要求保证界面运行良好。图4截取了接收数据的一部分。经测试，上位机程序均满足要求。

3 结语

在.NET平台下，利用C#开发了USB3.0接口的上位机软件，为USB3.0设备测试提供了良好的人机交互界面。该程序运行稳定，界面操作直观简单，方便了操作人员测试，提高了USB3.0设备的测试效率。测试结果表明，本软件满足USB3.0的高速传输数据的要求。

参考文献：

[1] 郑杰.USB3.0编程宝典[M].北京：电子工业出版社，2013：3035.

[2] 黄承安.C#网络应用案例导航[M].北京：中国铁道出版社，2003：7882.

[3] 卞美琴.基于USB3.0接口的高速数据传输技术研究[D].南京：南京理工大学，2014.

[4] Eugene Agafonov著.C#多线程编程实战[M].北京：机械工业出版社，2015：3540.

[5] 李江全.Visual C#.NET串口通信及测控应用典型实例[M]北京：电子工业出版社，2012：138145.

[6] 王晶.USB3.0高速信号完整性分析及其应用[D].西安： 西安电子科技大学，2012.

（责任编辑：陈福时）