Frontend Web USB deskriptorite parsimine: USB-seadme teabe avamine

Võimalus suhelda riistvaraseadmetega otse veebilehitsejast on olnud paljude arendajate unistus. Web USB API tulekuga on see unistus kiiresti reaalsuseks saamas. Üks fundamentaalsemaid aspekte USB-seadmetega töötamisel on nende identiteedi ja võimekuse mõistmine. See saavutatakse USB deskriptorite parsimise kaudu. See põhjalik juhend sukeldub frontend Web USB deskriptorite parsimise maailma, andes teile võimaluse hankida väärtuslikku USB-seadme teavet otse oma veebirakendustes.

Web USB võimsus

Web USB API pakub standardiseeritud liidest veebirakendustele USB-seadmetega suhtlemiseks. See avab laia valiku võimalusi, alates lihtsate andurite ja täiturmehhanismide juhtimisest kuni keerukate laboriseadmete ja tööstusmasinatega suhtlemiseni. Arendajatele, kes töötavad platvormiüleste rakenduste, asjade interneti seadmete või keerukate diagnostikavahenditega, pakub Web USB mugavat ja ligipääsetavat viisi veebi ja füüsilise maailma vahelise lõhe ületamiseks.

Kujutage ette veebipõhist juhtpaneeli, mis suudab dünaamiliselt konfigureerida ja jälgida mitmesuguseid USB-toega seadmeid, olenemata kasutaja operatsioonisüsteemist. Mõelge hariduslikele tööriistadele, mis võimaldavad õpilastel katsetada riistvarakomponentidega otse oma brauseri kaudu. Või kaaluge keerukaid silumisvahendeid, mis suudavad analüüsida ühendatud USB-välisseadmete omadusi ilma spetsiaalsete natiivsete rakendusteta.

Web USB peamised eelised:

• Platvormiülene ühilduvus: Töötab erinevates operatsioonisüsteemides (Windows, macOS, Linux, ChromeOS) ilma platvormispetsiifiliste installatsioonideta.
• Veebilehitsejasse integreerimine: Integreerub sujuvalt olemasolevate veebitehnoloogiate ja töövoogudega.
• Parem kasutajakogemus: Lihtsustab riistvaraga suhtlemist lõppkasutajate jaoks, vähendades keerukate draiverite installimise vajadust.
• Juurdepääsetavus: Muudab riistvara kättesaadavaks laiemale publikule, sealhulgas piiratud tehniliste teadmistega inimestele.

USB deskriptorite mõistmine

Enne parsimise juurde asumist on oluline mõista, mis on USB deskriptorid. USB ökosüsteemis on deskriptorid standardiseeritud andmestruktuurid, mis kirjeldavad USB-seadme omadusi ja võimekust. Kui USB-seade on ühendatud hostiga, küsib host neid deskriptoreid, et saada teada seadme kohta, näiteks selle tootja ID, toote ID, klass, alamklass ja konkreetsed funktsioonid, mida see pakub.

Need deskriptorid on hierarhilised ja sisaldavad erinevaid tüüpe, millest igaüks täidab kindlat eesmärki:

Levinumad USB deskriptorite tüübid:

• Seadme deskriptorid: Pakuvad üldist teavet USB-seadme enda kohta, sealhulgas selle tootja, toote nime, seadme klassi ja konfiguratsioonide arvu.
• Konfiguratsiooni deskriptorid: Kirjeldavad seadme konkreetset konfiguratsiooni. Seadmel võib olla mitu konfiguratsiooni, millest igaüks pakub erinevat energiatarbimise taset või funktsionaalsust.
• Liidese deskriptorid: Täpsustavad konkreetseid funktsioone või liideseid, mida seade konfiguratsiooni raames pakub. Ühel seadmel võib olla mitu liidest, millest igaüks täidab erinevat ülesannet (nt hiireliides ja klaviatuuriliides ühel seadmel).
• Lõpp-punkti deskriptorid: Kirjeldavad sidekanaleid (lõpp-punkte), mida host saab kasutada andmete edastamiseks seadmesse ja seadmest välja.
• Stringide deskriptorid: Pakuvad inimloetavaid stringe erinevate atribuutide jaoks, nagu tootja nimi, toote nimi ja seerianumber. Need on tavaliselt Unicode'i stringid.

Igal deskriptoril on standardvorming, sealhulgas bLength väli (deskriptori suurus baitides), bDescriptorType väli (deskriptori tüübi tuvastamine) ja spetsiifilised väljad, mis on seotud selle tüübiga.

USB-seadmetele juurdepääs Web USB abil

Web USB API pakub lihtsat viisi USB-seadmete küsimiseks ja nendega suhtlemiseks veebilehelt. Protsess hõlmab tavaliselt kasutajalt loa küsimist konkreetsetele seadmetele juurdepääsemiseks ja seejärel ühenduse loomist.

Taotlusprotsess:

Ühenduse loomiseks kasutate meetodit navigator.usb.requestDevice(). See meetod kuvab kasutajale seadmevaliku dialoogi, mis võimaldab neil valida USB-seadme, millele nad soovivad juurdepääsu anda. Saate seda loendit filtreerida, määrates tootja ID (VID) ja toote ID (PID) filtrid.

            async function requestMyDevice() {
  const filters = [
    { vendorId: 0x1234 }, // Näidistootja ID
    { vendorId: 0x5678, productId: 0x9abc } // Näidis-VID ja PID
  ];

  try {
    const device = await navigator.usb.requestDevice({ filters: filters });
    console.log('Device selected:', device);
    // Jätkake seadmega suhtlemist
  } catch (error) {
    console.error('Error requesting device:', error);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Kui seade on valitud ja juurdepääs antud, tagastab meetod requestDevice() objekti USBDevice. See objekt on teie värav seadmega suhtlemiseks.

Seadme deskriptorite hankimine

USBDevice objektil on meetod nimega descriptor(), mis võimaldab teil hankida seadme seadme deskriptori. See on esimene teave, mida tavaliselt soovite saada.

            async function getDeviceDescriptor(device) {
  try {
    const descriptor = await device.descriptor();
    console.log('Device Descriptor:', descriptor);
    // Parsige ja kuvage deskriptorist pärinevat teavet
    return descriptor;
  } catch (error) {
    console.error('Error getting device descriptor:', error);
    return null;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tagastatud deskriptori objekt sisaldab omadusi nagu vendorId, productId, deviceClass, deviceSubclass, deviceProtocol, manufacturerName, productName ja serialNumber (kuigi nende stringide deskriptorite hankimine nõuab sageli lisatoiminguid).

Deskriptorite parsimine: tuumloogika

Kuigi meetod device.descriptor() annab teile seadme deskriptori, on seadme põhjalikuks mõistmiseks vaja hankida ja parsida ka teisi deskriptoreid, eriti konfiguratsiooni deskriptoreid ja nendega seotud liidese ja lõpp-punkti deskriptoreid.

Web USB API pakub nende hankimiseks meetodeid:

• device.selectConfiguration(configurationValue): Valib seadmele spetsiifilise konfiguratsiooni.
• device.configuration(): Hangib praegu valitud konfiguratsiooni deskriptori.
• device.open(): Avab ühenduse seadmega.
• device.close(): Sulgeb ühenduse seadmega.

Konfiguratsiooni deskriptorite hankimine

USB-seadmel võib olla mitu konfiguratsiooni. Enne selle üksikasjadele juurdepääsemist peate esmalt valima konfiguratsiooni.

            async function getFullDeviceDetails(device) {
  try {
    // Avage seadme ühendus
    await device.open();

    // Hankige seadme deskriptor
    const deviceDescriptor = await device.descriptor();
    console.log('Device Descriptor:', deviceDescriptor);

    // Valige esimene konfiguratsioon (tavaliselt on neid ainult üks)
    // Konfiguratsiooni väärtus on tavaliselt 1 esimese konfiguratsiooni jaoks.
    // Saate itereerida läbi device.configurations, kui neid on mitu.
    const configurationValue = deviceDescriptor.bConfigurationValue;
    if (!configurationValue) {
        console.warn('Seadme deskriptorist ei leitud bConfigurationValue\'t.');
        await device.close();
        return;
    }
    
    const configuration = await device.configuration();
    if (!configuration) {
        console.error('Praeguse konfiguratsiooni hankimine ebaõnnestus.');
        await device.close();
        return;
    }
    
    console.log('Selected Configuration:', configuration);

    // Nüüd parsige selle konfiguratsiooni liidesed ja lõpp-punktid
    const interfaces = configuration.interfaces;
    console.log('Interfaces:', interfaces);

    for (const usbInterface of interfaces) {
      const interfaceNumber = usbInterface.interfaceNumber;
      console.log(`  Interface ${interfaceNumber}:`);
      
      // Hankige liidese alternatiivsed seaded
      const alternateSettings = usbInterface.alternates;
      for (const alternate of alternateSettings) {
        console.log(`    Alternate Setting ${alternate.alternateSetting}:`);
        console.log(`      Class: ${alternate.interfaceClass}, Subclass: ${alternate.interfaceSubclass}, Protocol: ${alternate.interfaceProtocol}`);
        
        const endpoints = alternate.endpoints;
        console.log(`      Endpoints (${endpoints.length}):`);
        for (const endpoint of endpoints) {
          console.log(`        - Type: ${endpoint.type}, Direction: ${endpoint.direction}, PacketSize: ${endpoint.packetSize}`);
        }
      }
    }

    // Saate hankida ka stringide deskriptoreid nimede jaoks
    // See nõuab sageli eraldi kutseid tootja, toote ja seerianumbri jaoks
    // Näide: await device.getStringDescriptor(deviceDescriptor.iManufacturer);

    await device.close();
  } catch (error) {
    console.error('Viga seadmega suhtlemisel:', error);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Deskriptoripuu navigeerimine

USBConfiguration objekt, mille tagastab device.configuration(), sisaldab USBInterface objektide massiivi. Iga USBInterface objekt omakorda sisaldab USBEndpoint objektide massiivi.

Nende pesastatud struktuuride kaudu itereerides saate programmiliselt eraldada üksikasjalikku teavet:

• Liidese üksikasjad: Tuvastage iga liidese klass, alamklass ja protokoll. See ütleb teile, millist funktsionaalsust liides pakub (nt HID inimliidese seadmete jaoks, massmälu, heli, CDC sideseadmete jaoks).
• Lõpp-punkti võimekus: Määrake lõpp-punkti tüüp (juhtimine, isokroonne, mass, katkestus), selle suund (sisse, välja) ja maksimaalne paketi suurus. See on oluline, et mõista, kuidas andmeid edastatakse.

Stringide deskriptorite hankimine

Kuigi seadme deskriptor võib sisaldada stringide deskriptorite indekseid (nt iManufacturer, iProduct, iSerialNumber), nõuab tegeliku stringi sisu hankimine lisatoimingut. Kasutate meetodit device.getStringDescriptor(descriptorIndex).

            async function getDeviceStringDescriptors(device) {
  try {
    await device.open();
    const deviceDescriptor = await device.descriptor();

    let manufacturerName = 'N/A';
    if (deviceDescriptor.iManufacturer) {
      const manufacturerString = await device.getStringDescriptor(deviceDescriptor.iManufacturer);
      manufacturerName = manufacturerString.string;
    }

    let productName = 'N/A';
    if (deviceDescriptor.iProduct) {
      const productString = await device.getStringDescriptor(deviceDescriptor.iProduct);
      productName = productString.string;
    }

    let serialNumber = 'N/A';
    if (deviceDescriptor.iSerialNumber) {
      const serialNumberString = await device.getStringDescriptor(deviceDescriptor.iSerialNumber);
      serialNumber = serialNumberString.string;
    }

    console.log('Manufacturer:', manufacturerName);
    console.log('Product:', productName);
    console.log('Serial Number:', serialNumber);

    await device.close();
    return { manufacturerName, productName, serialNumber };
  } catch (error) {
    console.error('Viga stringide deskriptorite hankimisel:', error);
    return null;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Need stringide deskriptorid on olulised kasutajasõbraliku teabe esitamiseks ühendatud seadme kohta.

Praktilised rakendused ja globaalsed näited

Võimalus parsida USB deskriptoreid frontendis omab kaugeleulatuvaid tagajärgi erinevates tööstusharudes ja piirkondades.

1. Asjade interneti seadmete haldamine ja konfigureerimine

Tärkavas asjade interneti (IoT) valdkonnas suhtlevad paljud seadmed USB kaudu esialgseks seadistamiseks, konfigureerimiseks või püsivara värskendusteks. Web USB võimaldab sujuvamat kasutajakogemust, eriti tarbijatele turgudel nagu Kagu-Aasia või Ladina-Ameerika, kus kasutajate tehniline pädevus võib olla erinev.

Näide: Nutikodu keskseadme tootja võiks pakkuda veebipõhist liidest, mis on kättesaadav igast brauserist. Kui uus nutikas andur (nt USB kaudu ühendatud temperatuuri- või niiskusandur) ühendatakse, kasutab veebirakendus Web USB-d selle deskriptorite lugemiseks, tüübi tuvastamiseks ja seejärel juhendab kasutajat läbi lihtsa sidumisprotsessi, seda kõike ilma natiivse tarkvara installimiseta.

2. Tööstusautomaatika ja -juhtimine

Tootmiskeskkondades hõlmavad keerukad masinad ja juhtimissüsteemid sageli USB-liideseid. Tehnikutele ja inseneridele riikides nagu Saksamaa või Jaapan võiks veebipõhine diagnostikavahend, mis suudab hankida üksikasjalikku USB deskriptorite teavet, oluliselt kiirendada tõrkeotsingut ja hooldust.

Näide: Robootilise käe jälgimiseks mõeldud veebirakendus võiks kasutada Web USB-d käe juhtimismooduliga ühenduse loomiseks. Selle deskriptorite parsimisega saab rakendus kinnitada õige püsivara versiooni, tuvastada ühendatud välisseadmeid ja isegi diagnoosida võimalikke riistvarakonflikte, pakkudes reaalajas teavet operaatoritele tehases.

3. Hariduslikud ja teaduslikud instrumendid

Haridusasutused ja uurimislaborid üle maailma kasutavad spetsialiseeritud USB-põhiseid instrumente. Web USB võib demokratiseerida juurdepääsu nendele instrumentidele, võimaldades õpilastel ja teadlastel nendega suhelda veebibrauserist, olenemata nende asukohast või laboriarvutite konkreetsest operatsioonisüsteemist.

Näide: Ühendkuningriigi ülikool võib arendada veebirakenduse oma füüsikaosakonna jaoks. Õpilased saavad ühendada USB-spektromeetri oma sülearvutiga ja veebirakendus kasutab Web USB-d spektromeetri deskriptorite lugemiseks, selle mõõtmisvõimekuse mõistmiseks ja seejärel esitab lihtsustatud liidese katsete läbiviimiseks ja andmete visualiseerimiseks, muutes õppimise interaktiivsemaks ja kättesaadavamaks.

4. Välisseadmed ja abivahendid

Erikasutajatele, kellel on spetsiifilised juurdepääsetavuse vajadused, võivad kohandatud USB-välisseadmed olla elutähtsad. Web USB võimaldab luua veebipõhiseid liideseid, mis suudavad dünaamiliselt kohaneda nende välisseadmetega ja neid juhtida.

Näide: Ettevõte, mis arendab abitehnoloogiat Austraalias, võiks luua veebirakenduse, mis võimaldab kasutajatel kohandada kohandatud USB-sisendseadme käitumist. Veebirakendus loeb seadme deskriptoreid, et mõista selle võimekust (nt nuppude paigutused, andurite tüübid) ja pakub seejärel kasutajasõbralikku liidest juhtnuppude ümberjaotamiseks või tundlikkuse reguleerimiseks, parandades kasutaja interaktsiooni ja iseseisvust.

Väljakutsed ja kaalutlused

Kuigi Web USB on võimas, on tugeva frontendi deskriptorite parsimise jaoks meeles pidada väljakutseid ja kaalutlusi:

1. Veebilehitseja tugi ja load

Web USB-d toetavad suured kaasaegsed brauserid (Chrome, Edge, Opera), kuid vanematel brauseritel või teatud brauseri konfiguratsioonidel ei pruugi tuge olla. Lisaks tugineb API turvalisuse kaalutlustel tugevalt kasutaja algatatud toimingutele. Kasutajad peavad selgesõnaliselt andma loa teie veebilehele USB-seadmele juurdepääsemiseks. See tähendab, et teie rakenduse voog peab arvestama sellega, et kasutaja valib seadme ja annab nõusoleku.

2. Veakäsitlus ja seadme lahtiühendamine

USB-seadmeid saab igal ajal lahti ühendada. Teie frontendi rakendus peab nende lahtiühendamistega sujuvalt toime tulema. Web USB API pakub sündmusi, mis aitavad selliseid juhtumeid tuvastada. Tugev veakäsitlus on samuti kriitilise tähtsusega riistvaraga suhtlemisel, kuna võib esineda ootamatuid olekuid või seadme rikkeid.

3. Andmete tõlgendamine ja vastendamine

USB deskriptorid pakuvad toorandmeid. Tõeline väljakutse seisneb nende andmete õiges tõlgendamises. USB klassikoodide, alamklassikoodide ja protokollikoodide mõistmine on oluline, et teada, millise seadmega te suhtlete ja kuidas sellega tõhusalt suhelda. See nõuab sageli USB spetsifikatsioonide ja klasside dokumentatsiooni uurimist.

Näiteks deviceClass väärtus 0x03 viitab tavaliselt inimliidese seadmele (HID). HID-i all on alamklassid klaviatuuridele, hiirtele, juhtkangidele jne. Nende õige tuvastamine on võti teadmaks, milliseid konkreetseid käske saata.

4. Turvalisuse mõjud

Kuigi Web USB on loodud turvalisust silmas pidades, toob veebilehtedele riistvaraga suhtlemise lubamine kaasa potentsiaalseid riske. Veenduge alati, et taotlete juurdepääsu ainult vajalikele seadmetele ja et teie rakendus järgib parimaid turvatavasid. Ärge kunagi salvestage tundlikku seadmeteavet asjatult.

5. Tootjaspetsiifilised deskriptorid

Kuigi standardsed deskriptoritüübid on hästi määratletud, kasutavad mõned tootjad kohandatud või tootjaspetsiifilisi deskriptoreid. Nende parsimine nõuab spetsiifilisi teadmisi seadme dokumentatsioonist või pöördprojekteerimisest, mis jääb väljapoole üldise Web USB deskriptorite parsimise ulatust.

Täpsemad tehnikad ja parimad praktikad

Keerukate frontendi USB-rakenduste loomiseks kaaluge neid täpsemaid tehnikaid ja parimaid praktikaid:

1. Deskriptorite parsimise teegi loomine

Keerukate rakenduste jaoks või kui eeldate suhtlemist paljude erinevat tüüpi USB-seadmetega, kaaluge korduvkasutatava JavaScripti teegi loomist USB deskriptorite parsimiseks. See teek võiks kapseldada loogika erinevate deskriptoritüüpide hankimiseks ja tõlgendamiseks, muutes teie peamise rakenduse koodi puhtamaks ja hooldatavamaks.

Teie teek võiks sisaldada:

• Funktsioonid numbriliste klassi/alamklassi koodide vastendamiseks inimloetavate nimedega.
• Abifunktsioonid spetsiifilise teabe eraldamiseks erinevatest deskriptoritüüpidest.
• Veakäsitlus ja deskriptori andmete valideerimine.

2. Inimloetavate vastenduste kasutamine

Selle asemel, et kuvada lihtsalt tooreid numbrilisi väärtusi seadmeklasside või lõpp-punkti tüüpide jaoks, kasutage eelnevalt määratletud vastendustabeleid inimloetavate stringide kuvamiseks. Näiteks vastendage 0x01 "Audio", 0x02 "Sideseade", 0x03 "Inimliidese seade" jne.

3. Seadme võimekuse visualiseerimine

Kui olete deskriptori teabe parsinud, saate selle kasutajale intuitiivsel viisil esitada. Juhtpaneeli liides võiks loetleda ühendatud seadmed, nende tootjad, tootenimed ning kokkuvõtte nende liidestest ja lõpp-punktidest. See võib olla uskumatult kasulik silumiseks ja kasutajate koolitamiseks.

4. Integreerimine teiste veebi API-dega

Kombineerige Web USB deskriptorite parsimine teiste veebi API-dega täiustatud funktsionaalsuse saavutamiseks. Näiteks võiksite kasutada Web Bluetoothi lähedalasuvate seadmete avastamiseks ja seejärel paluda kasutajal ühenduda Web USB kaudu, kui tuvastatakse konkreetne välisseade. Või kasutada WebRTC-d andmete voogesitamiseks USB-ühendusega kaamerast (kui see on deskriptorite kaudu tuvastatud) kaugkasutajale.

Frontend USB-interaktsiooni tulevik

Web USB API on oluline samm riistvaraga suhtlemise muutmisel kättesaadavamaks ja integreeritumaks veebi ökosüsteemis. Kuna brauseritootjad jätkavad Web USB toe täiustamist ja laiendamist, võime oodata uuenduslikumate rakenduste tekkimist.

Võimalus frontendi rakendustel mõista ühendatud USB-seadmete sisemisi omadusi deskriptorite parsimise kaudu on fundamentaalne element. See annab arendajatele võimaluse luua nutikamaid, kasutajasõbralikumaid ja võimekamaid veebipõhiseid riistvaralahendusi, mis suudavad tegutseda globaalselt enneolematu kasutuslihtsusega.

Kokkuvõte

Frontend Web USB deskriptorite parsimine on võimas tehnika, mis avab üksikasjalikku teavet ühendatud USB-seadmete kohta. Mõistes USB deskriptorite struktuuri ja kasutades Web USB API-d, saavad arendajad luua keerukaid veebirakendusi, mis suhtlevad riistvaraga uudsetel ja mõjukatel viisidel. Alates seadmete seadistamise lihtsustamisest tarbeelektroonikas kuni täiustatud diagnostika võimaldamiseni tööstuslikes seadetes on võimalused laiad.

Oma Web USB-rakenduste loomisel pidage meeles selge kasutajanõusoleku, tugeva veakäsitluse ja USB spetsifikatsiooni sügava mõistmise tähtsust. Nende põhimõtete valguses saate rakendada frontendi USB-interaktsiooni täielikku potentsiaali ja aidata kaasa ühendatuma ja programmeeritavama maailma loomisele.

Head kodeerimist!