CN100486200C - Usb映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种USB映射方法，包括服务器端和客户端，服务器和客户端用网络相连接，连接在客户端的真实的USB设备被映射为服务器端的一个虚拟的USB设备的方法，这种方法大大减轻了研发人员在终端上的USB设备驱动的开发工作，同时也极大的方便了客户，客户只需要在服务器端安装设备供应商提供的驱动程序，就可以使用终端接入的USB设备了。

Description

USB映射方法

技术领域：

本发明涉及连接在终端的真实的USB设备被映射为服务器端的一个虚拟的USB设备的方法。

背景技术：

网络计算机(终端)是客户机/服务器体系中的客户机设备，是无硬盘、光驱、软驱等设备的简化计算机，可以利用服务器软、硬件资源进行计算等。多台客户端可以同时登录到服务器上，它们之间工作是互相隔离的。网络计算机具有易管理，安全性高等特点，在企业，政府机构等应用较广泛。

目前应用较多的网络计算机主要是通过WBT登录Windows服务器来使用。在WBT下，用户看到和使用的都是服务器的资源，在特定的用户会话中，利用服务器资源完成应用，并将最终结果显示在客户机端。

Citrix的ICA(Independent Computing Architecture，独立计算结构)和Microsoft的RDP(Remote Desktop Protocol，远程桌面协议)是终端得以广泛应用的重要因素。这两种技术都提供了部分的设备重定向服务。就是说，把连接在终端的设备映射到服务器上，使用服务器的驱动程序驱动设备。目前已经实现的映射有串口，并口，声音，打印机设备，但是没有为USB设备提供通用的映射服务。

随着USB技术的发展，终端也大量的使用了USB设备。然而，在终端上运行的操作系统大多为嵌入式操作系统，如Linux，WinCE等，这些嵌入式操作系统对USB的支持不是很好。大量的USB设备因为缺乏运行在这些操作系统下的驱动程序和应用程序，而不能在终端上使用。

目前要实现终端上USB设备映射的功能，只有某些特定种类的设备可以实现。如某些U盘可以通过RDP映射，某些扫描仪开发了终端驱动程序后也可以实现映射，打印机可以通过打印机映射，但是缺乏一个通用的映射方法。

这种现状就产生如下需求：在服务器端使用Windows系统，在终端使用嵌入式操作系统如WinCE，Linux，开发一套USB映射系统，使用Windows的驱动程序来驱动位于终端的USB设备。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种USB映射方法，它只需在服务器端安装USB设备的驱动程序，即可使用，而无须在每个客户端安装驱动程序，大大方便了开发和使用。

本发明USB映射方法包括服务器端和客户端，服务器和客户端用网络相连接，其特征在于：连接在客户端的真实的USB设备被映射为服务器端的一个虚拟的USB设备的方法包括如下步骤：

1)客户端插上USB设备，USB映射服务程序客户机端侦测到设备到来，发出一个设备插入的命令，将命令封装起来发送给服务器；

2)服务器收到封装的数据包，解析是一个插入设备的请求，向客户端发出取设备信息的命令，该命令仍然被封装起来；

3)客户机将相关的设备信息封装起来，传回到服务器端；

4)USB映射服务程序服务器端得知客户机的设备的相关信息，向虚拟总线发出请求，虚拟一个USB设备；

5)虚拟总线虚拟出USB设备，通知PnP管理器，加载相应的USB设备驱动程序；

6)USB设备驱动程序发出URB请求包，对设备进行初始化；

7)虚拟总线截获到这些URB请求包，分析这些URB，然后重新封装，通知服务程序有命令需要处理；

8)USB映射服务程序服务器端取出含有URB的封装好的数据包，发送到客户机端；

9)USB映射服务程序客户机端收到含有URB的封装好的数据包，解包分析，发现是URB命令，调用通用驱动接口将命令传给客户驱动；

10)客户驱动将命令转换成可处理的Transfer，调用底层驱动接口处理，底层驱动和设备直接打交道，命令设备动作，并从设备取得处理结果，传给通用驱动；

11)USB映射服务程序客户机端收到通用驱动返回的处理结果，将结果封装起来，发送到服务器端；

12)USB映射服务程序服务器端收到含有URB结果的封装好的数据包，通知虚拟总线有处理结果返回；

13)虚拟总线解包，分析，将结果数据回填到URB，通知应用程序命令完成；

14)USB设备驱动程序不停的发出URB命令，重复步骤6-13，直至驱动初始化完成；

15)用户通过RDP登录到Windows服务器，看见USB设备已经映射成功，服务器上多出一个USB设备；

16)用户使用应用软件，使用设备；

17)应用程序发出请求，经过USB设备驱动转换成URB命令包；

18)重复步骤7-13，直至应用处理完毕；

19)客户端拔出USB设备，USB映射服务程序客户机端侦测到设备消失，发出一个设备拔出的命令，将命令封装起来发送给服务器；

20)服务器收到数据包，解析是一个拔出设备的请求，向客户端发出取设备信息的命令，该命令仍然被封装；

21)客户机将相关的设备信息封装，传回到服务器端；

22)USB映射服务程序服务器端得知客户机的设备的相关信息，向虚拟总线发出请求，拔出一个USB设备；

23)虚拟总线通知PnP管理器，卸载相应的USB设备驱动程序，释放相应的资源。

本发明的技术方案不仅大大减轻了研发人员在终端上的USB设备驱动的开发工作；而且也极大地方便了客户，客户只需要在服务器端安装设备供应商提供的驱动程序，就可以使用终端接入的USB设备，而无须在每台终端上安装USB驱动程序的麻烦，方便了使用。

附图说明：

图1是USB映射系统整体框架图；

图2是USB映射系统软件模块构成图；

图3是主要数据结构示意图；

图4是USB映射服务程序发送线程与客户机端处理发送URB数据流程图；

图5是USB映射服务程序服务器端接收线程接收从设备返回的URB的处理流程图；

图6是虚拟总线模块图；

图7是虚拟总线设备PNP状态转换图；

图8是虚拟总线插入设备接口处理模块图；

图9是虚拟总线设备删除接口处理模块图；

图10是虚拟总线URB处理流程图；

图11是URB发送线程处理流程图；

图12是URB处理结果回送给Windows设备驱动流程图。

具体实施方式：

本发明USB映射方法包括服务器端和客户端，服务器和客户端用网络相连接，其特征在于：连接在客户端的真实的USB设备被映射为服务器端的一个虚拟的USB设备的方法包括如下步骤：

1)客户端插上USB设备，USB映射服务程序客户机端侦测到设备到来，发出一个设备插入的命令，将命令封装起来发送给服务器；

2)服务器收到封装的数据包，解析是一个插入设备的请求，向客户端发出取设备信息的命令，该命令仍然被封装起来；

3)客户机将相关的设备信息封装起来，传回到服务器端；

4)USB映射服务程序服务器端得知客户机的设备的相关信息，向虚拟总线发出请求，虚拟一个USB设备；

5)虚拟总线虚拟出USB设备，通知PnP管理器，加载相应的USB设备驱动程序；

6)USB设备驱动程序发出URB请求包，对设备进行初始化；

7)虚拟总线截获到这些URB请求包，分析这些URB，然后重新封装，通知服务程序有命令需要处理；

8)USB映射服务程序服务器端取出含有URB的封装好的数据包，发送到客户机端；

9)USB映射服务程序客户机端收到含有URB的封装好的数据包，解包分析，发现是URB命令，调用通用驱动接口将命令传给客户驱动；

10)客户驱动将命令转换成可处理的Transfer，调用底层驱动接口处理，底层驱动和设备直接打交道，命令设备动作，并从设备取得处理结果，传给通用驱动；

11)USB映射服务程序客户机端收到通用驱动返回的处理结果，将结果封装起来，发送到服务器端；

12)USB映射服务程序服务器端收到含有URB结果的封装好的数据包，通知虚拟总线有处理结果返回；

13)虚拟总线解包，分析，将结果数据回填到URB，通知应用程序命令完成；

14)USB设备驱动程序不停的发出URB命令，重复步骤6-13，直至驱动初始化完成；

15)用户通过RDP登录到Windows服务器，看见USB设备已经映射成功，服务器上多出一个USB设备；

16)用户使用应用软件，使用设备；

17)应用程序发出请求，经过USB设备驱动转换成URB命令包；

18)重复步骤7-13，直至应用处理完毕；

19)客户端拔出USB设备，USB映射服务程序客户机端侦测到设备消失，发出一个设备拔出的命令，将命令封装起来发送给服务器；

20)服务器收到数据包，解析是一个拔出设备的请求，向客户端发出取设备信息的命令，该命令仍然被封装；

21)客户机将相关的设备信息封装，传回到服务器端；

22)USB映射服务程序服务器端得知客户机的设备的相关信息，向虚拟总线发出请求，拔出一个USB设备；

23)虚拟总线通知PnP管理器，卸载相应的USB设备驱动程序，释放相应的资源。上述的封装包的处理包括服务器端发送步骤、服务器端接收步骤和客户端步骤：

1)服务器端发送步骤：

(1)SOCKET建立流式套接字，返回套接字号，

(2)将套接字与远程主机连接，

(3)判断是否连接成功，

(4)若不成功，则关闭套接字，若成功，则继续下一步骤，

(5)不断地将IRP封装起来，发送到客户端，

(6)收到删除设备的消息就关闭套接字；

2)服务器端接收步骤：

(1)收到客户端的设备插入请求，终端认证，

(2)获取客户端信息，

(3)创建URB发送线程，

(4)虚拟USB设备，

(5)解析接收的数据包，判断是否URB，

(6)若收到的是设备拔出请求，则退出，若有收到，则接收数据通知总线驱动，

(7)转到步骤(5)；

3)客户端步骤：

(1)SOCKET建立流式套接字，返回套接字号，

(2)套接字与本地地址绑定，

(3)检测到设备插入，通知TCP服务器准备连接，

(4)等待服务器端连接，

(5)建立连接，返回新套接字，

(6)建立URB监听线程和URB回送线程

(7)监听线程接收封装包，判断是否URB，从线程池申请一个线程用于处理URB，处理完的URB挂到队列上；

(8)回送线程从队列上取出URB处理结果，送回服务器；

(9)转到步骤(7)。

各模块功能说明：

1、USB映射管理器服务器端：提供服务器端用户界面，配置管理。

2、USB映射服务程序服务器端：为系统提供经过加密的网络通信通道，并负责与处于内核模式的虚拟总线交互数据。处于服务器端。

3、升腾虚拟总线：核心模块。负责在服务器上虚拟出USB设备，

发送命令时负责截获USB设备驱动程序的URB数据包，分析URB数据包，将其重新封装到CentermPDU(升腾协议数据单元)，并通知服务程序将CentermPDU发送到客户端。

接受处理结果时负责从服务程序接收CentermPDU，分析CentermPDU，将设备处理后的结果回填到URB，通知应用程序命令处理完毕。

4、USB映射管理器客户机端：提供服务器端用户界面，配置管理。

5、USB映射服务程序客户机端：为系统提供经过加密的网络通信通道，并负责与服务器端交互数据。处于客户机端，将CentermPDU分解为客户端通用驱动可以处理的Transfer，调用客户端通用驱动处理该请求。当完成处理时，将处理结果封装成CentermPDU，传回服务器

6、升腾USB通用驱动：升腾终端上的USB通用驱动，从USB映射服务程序客户机端接收URB请求并处理

URB是USB协议中定义的数据包，与传统PC设备的驱动程序相比，USB设备驱动程序不直接与硬件对话。相反，它仅靠创建URB(USB Request Block，USB请求块)并把URB提交到总线就可完成硬件操作。总线驱动程序要对URB做出相应的处理，并将处理结果返回给USB设备驱动程序。

网络中传输的数据包单元叫CentermPDU(升腾协议数据单元)，封装了数据：USB设备的URB和自定义的命令集合(Our own CMDs)。CentermPDU进一步被封装在TCP/IP包中，通过网络服务传送出去。

CentermPDU处理模块：该模块负责解析封装于TCP/IP的CentermPDU，识别出是自定义命令包还是URB(USB Request Block)，该模块主要由2个处理线程组成：

发送线程主要负责接收来自虚拟总线驱动的URB请求信息，封装成CentermPDU并发送到客户机端，该线程由接收线程创建。

接收线程接收CentermPDU，解析出客户机端回送的URB请求处理结果后，传递给虚拟总线驱动，该线程由远程设备拔插监听模块检测到设备插入时创建。

(1)发送线程连接到客户机端，发送URB数据(如图4所示)

(2)接收线程接收从设备返回的URB的处理结果

接收线程的主要工作是获取URB处理结果，并通知虚拟总线驱动，与虚拟总线驱动建立通信通道。流程图如图5所示。

虚拟总线本身是一个虚拟的设备，同时它又负责虚拟出各个USB子设备，以及具体处理各种URB(如图6所示)。

1、虚总线设备PNP模块

虚拟总线设备PNP模块主要处理虚总线设备的PNP状态转换如图7所示。

2、设备插拔处理接口模块如图8、9所示。

3、虚USB子设备URB处理，子设备URB处理是虚拟总线驱动中重要的处理部分，负责处理各个虚子设备的命令包和数据包。图10、11、12是URB处理模块流程图

使用过程如下所述：

1、安装服务器端程序；

2、在网络计算机(终端)上升级安装客户机端程序，配置要映射的设备等参数；

3、在网络计算机上插入USB设备，等网络计算机上的“USB映射管理程序”的“设备列表”框中列出该设备时，选中该设备，点击“映射”按钮；

4、在弹出的配置对话框中填入要映射的服务器的IP地址及端口。点击“确定”按钮；

5、服务器端的“USB映射管理程序”的“设备列表”框中显示出来自某个网络计算机的USB设备映射完成，显示出相应的设备图标；

6、用户通过RDP从网络计算机登录到服务器，可以使用该USB设备。如果是存储设备，可以拷贝删除；如果是打印机，可以执行打印服务；如果是扫描仪，可以点击应用程序，从扫描仪获取图像，等等；

7、在服务器端的“USB映射管理程序”的“设备列表”框中可以选中某个设备进行设备访问权限的设置。

虽然本发明创造已以较佳实施例揭示如上，但并非用以限定本创作，本发明方法也可以用于例如设备共享器、PC等方面，在不脱离本创作之精神和范围内所作之各种更动与润饰，亦属本创作之范围。

Claims (2)

1.一种USB映射方法，包括服务器和客户机，服务器和客户机用网络相连接，其特征在于：

连接在客户机的真实的USB设备被映射为服务器的一个虚拟的USB设备的方法包括如下步骤：

1)客户机插上USB设备，USB映射服务程序客户机侦测到设备到来，发出一个设备插入的命令，将命令封装起来发送给服务器；

2)服务器收到封装的数据包，解析是一个插入设备的请求，向客户机发出取设备信息的命令，该命令仍然被封装起来；

3)客户机将相关的设备信息封装起来，传回到服务器；

4)USB映射服务程序服务器端得知客户机的设备的相关信息，向虚拟总线发出请求，虚拟一个USB设备；

5)虚拟总线虚拟出USB设备，通知PnP管理器，加载相应的USB设备驱动程序；

6)USB设备驱动程序发出URB，对设备进行初始化；

7)虚拟总线截获到这些URB，分析这些URB，然后重新封装，通知USB映射服务程序服务器端有命令需要处理；

8)USB映射服务程序服务器端取出含有URB的封装好的数据包，发送到客户机；

9)USB映射服务程序客户机端收到含有URB的封装好的数据包，解包分析，发现是URB命令，调用通用驱动接口将命令传给USB通用驱动；

10)USB通用驱动将命令转换成可处理的Transfer，调用底层驱动接口处理，底层驱动和设备直接打交道，命令设备动作，并从设备取得处理结果，传给USB通用驱动；

11)USB映射服务程序客户机端收到USB通用驱动返回的处理结果，并将此处理结果封装起来，发送到服务器端；

12)USB映射服务程序服务器端收到步骤11)中封装好的数据包，通知虚拟总线有处理结果返回；

13)虚拟总线解包，分析，将步骤11)中封装好的数据包里的数据回填到URB，通知USB设备驱动程序命令完成；

14)USB设备驱动程序不停的发出URB命令，重复步骤6)到步骤13)，直至驱动初始化完成；

15)用户通过RDP登录到服务器，看见USB设备已经映射成功，服务器上多出一个USB设备；

16)用户使用应用软件，使用设备；

17)服务器的应用程序发出请求，经过USB设备驱动转换成URB；

18)重复步骤7)到步骤13)，直至应用处理完毕；

19)客户机拔出USB设备，USB映射服务程序客户机端侦测到设备消失，发出一个设备拔出的命令，将命令封装起来发送给服务器；

20)服务器收到数据包，解析是一个拔出设备的请求，向客户机发出取设备信息的命令，该命令仍然被封装；

21)客户机将相关的设备信息封装，传回到服务器端；

22)USB映射服务程序服务器端得知客户机的设备的相关信息，向虚拟总线发出请求，拔出一个USB设备；

23)虚拟总线通知PnP管理器，卸载相应的USB设备驱动程序，释放相应的资源。

2、根据权利要求1所述的USB映射方法，其特征在于：权利要求1中所有的封装包在服务器和客户机间的收发步骤包括服务器发送步骤、服务器接收步骤和客户机步骤：

服务器发送步骤：

(1)SOCKET建立流式套接字，返回套接字号，

(2)将套接字与远程主机连接，

(3)判断是否连接成功，

(4)若不成功，则关闭套接字，若成功，则继续下一步骤，

(5)不断地将IRP封装起来，发送到客户机，

(6)收到删除设备的消息就关闭套接字；

服务器接收步骤：

(1)收到客户机的设备插入请求，终端认证，

(2)获取客户机信息，

(3)创建URB发送线程，

(4)虚拟USB设备，

(5)解析接收的数据包，判断是否URB，

(6)若收到的是设备拔出请求，则退出，若有收到所述步骤11)中封装好的数据包，则接收数据通知总线驱动，

(7)转到步骤(5)；

客户机步骤：

(1)SOCKET建立流式套接字，返回套接字号，

(2)套接字与本地地址绑定，

(3)检测到设备插入，通知TCP服务器准备连接，

(4)等待服务器端连接，

(5)建立客户机与服务器的连接，返回新套接字，

(6)建立URB监听线程和URB回送线程，

(7)监听线程接收封装包，判断是否URB，从线程池申请一个线程用于处理URB，处理完的URB挂到队列上，

(8)回送线程从队列上取出URB处理结果，送回服务器，

(9)转到步骤(7)。

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