Irgendwann kommt man nicht mehr um USB herum. Spätestens als ich meine Parallel-Drucker-I/O-Karte unter Windows 7 nur noch mit Tricks ansteuern konnte, war es soweit.

Vorher hatte ich schon viele Projekte bestaunt, die ein Software-USB-Interface auf einem AVR (ATtiny) realisieren. Einige habe ich nachgebaut. Aber jede Modifikation führte ausschließlich dazu, dass nichts mehr funktionierte. Dokumentationen, Tutorials, Bücher zu USB sind (gefühlt) entweder lückenhaft oder sehr umfangreich. So ein Mittelding, mit dem man in die Materie einsteigen, kann habe ich nicht wirklich gefunden. Auch die Beispiele, die man findet, sind in der Regel sehr speziell. Außerdem nutzen sie leider alle unterschiedliche Varianten der USB-Kommunikation. Es gibt viele beindruckende Applikationen darunter. Doch so richtig klar, was –und vor allem wie es– vor sich geht, wird es selten.

Eine einfache generische Variante, mit der man einfach anfangen kann und die leicht abzuändern oder zu erweitern ist, stelle ich hier vor.

Zunächst ist zum Experimentieren ist ein Steckbrett gut geeignet. Am besten man baut gleich einen Adapter, der eine USB-Buchse "steckbrettkompatibel" macht. Da i.d.R. die Takfrequenz über einen Quarz stabilisiert werden muss, ist ein Quarz-Adapter für das Steckbrett ebenfalls ganz praktisch.

Dan braucht man Treiber bzw. Vorlagen für die Steuerungssoftware. Hier die Eigenschaften des Treibers auf dem AVR:

• Das AVR-Interface beruht auf der Virtuellen USB-Schnittstelle für AVR Mikrocontroller von Objective Development
• Es ist als HID-Device ausgelegt. HID-Gerätetreiber sind in allen gängigen PC-Betriebssystem vorhanden. Es müssen nicht unbedingt eigene Treiber entwickelt werden. Die Ansteuerung erfolgt über das Windows-API.
• Das vorgestellte Device ist möglichst unspezifisch und einfach ausgelegt. Es gibt nur eine einzige Datenblock(=Report)-Definition.
• Die Kommunikation erfolgt über den einfachen Weg eines sog. Feature-Reports.

Das AVR-Interface in Form eines AVR-Studio-Projekts für AVR-gcc zum download (für Puristen: im Verzeichnis "default" befindet sich eine makefile mit der man das Projekt auch ohne die IDE übersetzen kann). Für eine konkrete Applikation müssen folgende Stellen angepasst werden:

• In der Datei "usbconfig.h" müssen die hardwarespezifischen Parameter angepasst werden: 
  •  Die Vorlage ist für einen ATtiny2313 mit 16 MHz Takt ausgelegt (USB_CFG_CLOCK_KHZ bzw. F_CPU in den Projekt-Eigenschaften).
  • USB-Pins sind an Port D angeschlossen: D- an PORTD3, D+ an PORTD2 (USB_CFG_IOPORTNAME, USB_CFG_DMINUS_BIT,  USB_CFG_DPLUS_BIT).
  • Stromversorgung über UBS mit max. 50 mA  (USB_CFG_IS_SELF_POWERED, USB_CFG_MAX_BUS_POWER).
  • Die Angaben zur Applikation müssen gemäß der Vorgaben von obdev.at abgpasst werden. Details hierzu in "USB-ID-FAQ.txt" und "USB-IDs-for-free.txt" in vusb-xxxxx-Archiv aus dem Download-Bereich (USB_CFG_VENDOR_NAME, USB_CFG_DEVICE_NAME).
  • Optional ist die Anpassung von USB_CFG_SERIAL_NUMBER.
• In der Datei "USB_Template.c" sind folgende Anpassungen notwendig. Alle Stellen sind mit 'ToDo' gekennzeichnet.
• In der Variablen "usbHidReportDescriptor" ist der Wert für REPORT_COUNT anzupassen. Das Template ist für eine Report-Länge von 8 Byte ausgelegt.
• In der Funktion "DoAction" müssen die Anweisungen codiert werden, die nach einer vollständigen Übertragung eines Datenblocks ausgeführt werden sollen.
• In der Funktion "usbFunctionSetup" müssen der Code für die Bereitstellung der Antwortdaten eingefügt werden.
• Optional ist sind weitere Funktionen in "main".
• Die Datei sollte umbenannt werden.

Auf der PC-Seite sind (zumindest unter Windows 7) keine speziellen Treiber erforderlich. Wegen der Auslegung als HID-Device reicht das Standard-Windows-API aus. Um die Handhabung ein wenig zu vereinfachen, habe ich die notwendigen Funktionen in eine Library gepackt (Binary, Source).

• Das PC-Interface stellt ein minimalistisches API zur Verfügung. Basis hierfür war Jan Axelson's Generic HID.
• Es erkennt selbständig, welche HID-Geräte am System angeschlossen, ob Geräte entfernt oder neu angeschlossen wurden.
• Die Library stellt entsprechende Listen und Ereignisse zur Verfügung.
• Für den datenaustausch gibt es nur zwei öffentliche Methoden.

Eine kurze Einführung in die Nutzung findet man hier. Ansonsten sei auf die Hilfedatei verwiesen.

Ein Beispiel-Applikation ist das USB-12-Bit-IO-Modul, das ich mit diesem Baukasten erstellt habe.

Hilfreiche Werkzeuge

		USBView (Universal Serial Bus Viewer, Usbview.exe) von Microsoft ist eine grafische Benutzeroberflächen-Anwendung, mit der die USB-Controller und die angeschlossenen USB-Geräte durchsucht werden können.
		USB Device Tree Viewer von Uwe Sieber ist eine Erweiterung dieses Programms.
		Nir Sofer stellt neben vielen weiteren Freeware Utilities das Tool USBDeview zur Verfügung. USBDeview zeigt auch nicht angeschlossene Geräte an und lässt z.B. deren Deinstallation zu.