無驅動USB認證模塊在電子商務中的應用

摘要：USB作為一種新型的接口技術在電子商務平臺有其獨特的優(yōu)勢。本文主要介紹關于無驅動型USB產(chǎn)品HID接口的設計過程，討論產(chǎn)品的軟硬件開發(fā)過程中的一些問題，給出參考示例代碼。

USB是由Compaq(康柏)、DEC、IBM、Intel、NEC、微軟以及Northern Telecom(北京電訊)等公司于1994年11月共同提出的，自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛地為各PC廠家所支持，近年來應用日益廣泛。

但是，國內(nèi)的USB產(chǎn)品還是相對較少。首先，是硬件開發(fā)系統(tǒng)的問題，國內(nèi)沒有自己USB芯片產(chǎn)品，所有的關于USB接口方面的芯片全部由國外供給，而國內(nèi)卻沒有任何技術方面的支持，因此開發(fā)進度很難保證。面向芯片的開發(fā)系統(tǒng)更是相對的遲緩。其次，USB產(chǎn)品的軟件研發(fā)也并不是很容易的。USB協(xié)議將設備分為不同的類型，每個設備類型都定義了類似功能設備的共同行為和協(xié)議。例如，HID人機接口設備主指用于人控制計算機系統(tǒng)操作的器件。對設備進行分類是了消除不同硬件廠商之間的差異，相同類型的設備都由一組標準定義的功能模塊組成。這樣，如果自己開發(fā)的一些設備類，可能是沒有驅動程序的，就面臨著驅動的開發(fā)問題；而驅動開發(fā)是大家公認的有難度的問題等待，都限制了國內(nèi)USB產(chǎn)品的開發(fā)。

USB產(chǎn)品同時也沖南昌著電子商務平臺�，F(xiàn)在電子商務在社會生產(chǎn)日益廣泛，但是網(wǎng)絡系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，存在大量不安全的因素。因此，利用各個電子商務公司開發(fā)出的各種密鑰管理系統(tǒng)、證書系統(tǒng)；同時，利用計算機的USB接口特點開發(fā)出方便的硬件安全認證證書，已經(jīng)成為各個認證公司追求的安全解決方案。該產(chǎn)品以其方便、靈活、安全等特點，在電子商務中已經(jīng)應用，并且近年來在金融行業(yè)與智能卡逐漸形成并立的趨勢。

1 安全認證模塊硬件結構

圖1為認證模塊的簡要結構框圖。

幾乎所有的硬件廠商都有USB接口芯片的相關產(chǎn)品，選擇也很多，這里選用的是PDIUSBD12。它是一種性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過高速并行接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現(xiàn)一個USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器；允許使用現(xiàn)存的體系結構并使固件投資減到最小，是開發(fā)低成本且高效的USB外圍設備的解決方案。

微處理器和EEPROM是市場上已經(jīng)成熟的硬件產(chǎn)品，這里采用Atmel公司的單片機和Xicor公司的EEPROM芯片。

2 HID設備類固件程序設計

USB1.1協(xié)議定義了11種標準請求，同時定義了6種有關HID控制流程的特定請求。其中：set_report，get_report，給主機和設備提供了一條相互傳遞數(shù)據(jù)的途徑。

USB單片機控制程序一般須實現(xiàn)三個步驟：

①初始化單片機和所有的外圍電路（包括PDIUSBD12），然后進入主程序循環(huán)；

②在接口要求中斷后必須進入相應的中斷服務程序；

③固件程序須完成鑒權、加密、解密的算法。

圖2是模塊程序處理的總體流程圖，可以比較直觀地顯示程序結構。

2.1 系統(tǒng)啟動必須執(zhí)行的通信過程

在沒有安裝驅動程序時，主機提取51固件程序中設備描述表，然后設置USB地址。啟動驅動程序（如果沒有正確的驅動程序，則啟動安裝先導），驅動程序讀取設備描述表、配置描述符等，設置配置，即發(fā)出連接USB命令后，PC先讀取設備描述符，然后發(fā)出設置USB地址SETUP包。設置USB地址后，進行PC客戶驅動與設備初始化。

2.2 USB設備啟動流程

①USB設備接入USB口，發(fā)出連接USB命令。

②主機發(fā)出讀設備描述符兩次。

③主機根據(jù)設備描述符—廠商ID、產(chǎn)品ID，啟動相應設備驅動程序。

④設備驅動程序初始化USB設備：

a讀設備描述符；

b讀配置描述符；

c選擇接口、端點（管道），確定傳輸方式。

注意：在發(fā)送配置[,接口（1），端點（1），接口（2），端點（2），…，類，廠商等]聯(lián)合描述表時，各描述表的先后順序可隨意，主機USBD根據(jù)描述表類型標識區(qū)分各種分描述表。

2.3 固件主程序通信主程序

中斷后主程序主要是通過中斷事件標志判斷并且執(zhí)行相應的程序代碼。主程序流程簡圖如圖3所示。

主程序的示例程序代碼見網(wǎng)絡補充版（http://.cn）。

2.4 處理主機標準控制請求

由于中斷程序是通過USB接口芯片觸發(fā)的，因此它必須判斷是何種中斷，是否進行處理等情況。中斷程序流程簡圖如圖4所示。

2.5 系統(tǒng)中斷程序中斷處理代碼示例

unsigned char ENDPOINT_A0_FIFO[8];

//判斷輸入的是SETUP請求，并將其讀入緩沖區(qū)ENDPOINT_A0_FIFO...

if((ENDPOINT_A0_FIFO[0]

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