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2009-01-16 翻译
HID Human Input Device 人工输入设备
IR 红外传感器
Windows Driver Kit Windows驱动开发包
Wiimote Wii控制手柄
Report 报文
2007-3-14 在Coding4Fun发布
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在本文中, Brian Peek演示了如何使用C#和VB.NET连接和使用任天堂控制手柄(Wiimote)。最终成果是一个可以在托管代码应用中方便使用的Wiimot托管代码API。 |
难度: 中级 时间: 1-3 小时 花费: 小于$50 (如果已经有Wiimote则免费) 软件: Visual C# or Visual Basic 2008 Express Editions 硬件: Nintendo Wii控制手柄(Wiimote), 一个兼容的PC蓝牙适配器 下载: CodePlex
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第0章 更新历史
(最新版本已经为1.6, 以下为1.6的更新记录。译者注)
6/15/08 – Version 1.5.2,平衡板能够真正的工作了……
6/12/08 – 将Version 1.5.1 从CodePlex删除...事实证明该版本对大多数用户存在太多的BUG(尽管对我而言一直不错),期待1.5.2的很快到来...
6/11/08 – Version 1.5.1在 CodePlex上发布。修改了一个关于平衡板的BUG。更正: 似乎很多人在使用该版本时发现仍然存在问题,原因是平衡板对响应时间的要求比较精确。等待1.5.2的到来…
6/9/08 – Version 1.5 在 CodePlex上发布。支持 Wii Fit Balance Board(平衡板)。
6/3/08 –Version 1.4 发布并提供下载。最重要的改进是支持多个Wiimote。
5/27/08 - Version 1.3发布并提供下载。改动量很大,一定要阅读内置的文档!
1/29/08 - Version 1.2.1.0发布并提供下载。唯一的改进是对IR3和IR4的支持,因为我遇到了很多关于它们的问题。
10/22/07 - Version 1.2.0.0发布并提供下载。修改了一些BUG并增加了新功能。源代码和二进制发布代码都在CodePlex上提供。同时提供了一个关于API使用的chm帮助文件。请留意库中包含的一个license文件详细描述的本软件的使用许可情况。使用许可对99%的用户没有任何变化,但由于我收到了大量的询问有关使用许可的电子邮件,因此附加了这个正式的说明。在正式发布中的docs目录下,readme.txt 和 license.txt有详细描述。
6/12/07 - Version 1.1.0.0发布并提供下载。 修改了几个错误,新增了一个可选的写方法,这可能对使用蓝牙协议栈/适配器有麻烦的用户有所帮助。增加了对Vista/XP x64 的支持, 以及一个Microsoft Robotics Studio服务版本。更多信息见包含的 readme.txt的信息。另外,在我的新文档中描述了如何使用MSRS服务创建一个Wiimote遥控车。
3/17/07 - Version 1.0.1.0发布并提供下载。 修正了API中关于校准数据的BUG。感谢James Darpinian 的指正!
第1章 简介
任天堂的Wii 控制手柄 (被称为Wiimote)是Wii系统中一个神奇的小控制器。它通过蓝牙系统与Wii连接, 因此能够与其它任何支持蓝牙的设备连接。
如果你仅仅关注于如何使用这个库文件,而不关心其实现细节,可以直接跳转到API应用章节(第7章)。
在阅读代码之前,有两个网站应当仔细的浏览一下。99%的Wiimote发送和接收数据的辨识工作由这两个网站完成。在网站上有对协议很详细的描述,我在此就不再重复。没有在这些网站上发贴的人们,本文中的功能根本不可能实现。
第2章 开始连接
这里可能是最关键的时刻,Wiimote不是能和地球上所有蓝牙设备和协议栈进行通信的, 如果下面几步不能通过,我也不能提供任何帮助。能够工作,或者不能,你只能进行祈祷了...
1.启动你的蓝牙软件并开始搜索设备。
2.按下Wiimote 的1 和 2 按键,会看到底部的LED开始闪烁。在完成之前不要松开按键。对于平衡板,打开下部的电池盖,按下一个红色的小的同步按钮。
3.Wiimotes应当在设备列表中显示为Nintendo RVL-CNT-01。 平衡板显示为 Nintendo RVL-WBC-01。如果没找到,重新启动并再试一下。
4.在向导中点击下一步。如果系统提示输入安全码或者PIN,不要输入或者选择跳过。
5.如果被要求选择Wiimote 使用何种服务,选择键盘/鼠标/HID服务其中的一种。
6.完成向导窗口。
这就可以了。底部的LED继续闪烁,而且设备显示在蓝牙设备列表中。运行源代码中的应用程序,你应该可以看到显示的数字变化,这标志着成功的连接了Wiimote设备。如果没有变化或者出现错误, 只能重新试一下。要是还不行, 很不幸,你可能使用的是一种不兼容的设备或协议栈。(这个过程确实需要多次尝试,可以参考附录中译者的连接方法作为参考。)
第3章 进入令人激动的HID和P/Invoke世界
当Wiimote可以与你的PC匹配,它被视为一种HID兼容设备。因此,为了连接该设备,我们必须使用HID和设备管理WIN32 API。不幸的是,目前的.NET运行环境中没有内置支持这些API,因此需要进入P/Invoke的领域。这些API在Windows驱动开发包(WDK)中定义, 如果希望看到原始的C头文件或阅读API文档,需要下载并安装最新的WDK。
P/Invoke, 或许你已经有所了解,允许用户在.NET中直接调用Win32 API。这里的难点是找到合法的方法名称和格式定义,能够正确的将串行化数据并传递到Win32。对此P/Invoke wiki是一个很好的资源,几乎所有本项目用到的方法都在此能找到。在本项目中,所有的P/Invoke方法在HIDImports类中定义。
与Wiimote通信的过程如下:
1.从Windows得到GUID和HID类定义。
2.得到HID类中所有设备的操作句柄。
3.在设备列表中进行遍历以得到每个设备的详细信息。
4.比较制造商ID和产品ID是否为已知的Wiimote制造商ID(VID)和产品ID(PID)。
5.在找到设备后,创建FileStream对设备进行读写操作。
6.清除设备列表。
该步骤的实现代码如下(有省略)
VB
‘ read/write handle to the device Private mHandle As SafeFileHandle ‘ a pretty .NET stream to read/write from/to Private mStream As FileStream Private found As Boolean = False Private guid As Guid Private index As UInteger = 0 ‘ 1. get the GUID of the HID class HIDImports.HidD_GetHidGuid(guid) ‘ 2. get a handle to all devices that are part of the HID class Dim hDevInfo As IntPtr = HIDImports.SetupDiGetClassDevs(guid, Nothing, IntPtr.Zero, HIDImports.DIGCF_DEVICEINTERFACE) ‘ | HIDImports.DIGCF_PRESENT); ‘ create a new interface data struct and initialize its size Dim diData As HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DATA = New HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DATA() diData.cbSize = Marshal.SizeOf(diData) ‘ 3. get a device interface to a single device (enumerate all devices) Do While HIDImports.SetupDiEnumDeviceInterfaces(hDevInfo, IntPtr.Zero, guid, index, diData) ‘ create a detail struct and set its size Dim diDetail As HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA = New HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA() diDetail.cbSize = 5 ‘should be: (uint)Marshal.SizeOf(diDetail);, but that‘s the wrong size Dim size As UInt32 = 0 ‘ get the buffer size for this device detail instance (returned in the size parameter) HIDImports.SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, diData, IntPtr.Zero, 0, size, IntPtr.Zero) ‘ actually get the detail struct If HIDImports.SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, diData, diDetail, size, size, IntPtr.Zero) Then ‘ open a read/write handle to our device using the DevicePath returned mHandle = HIDImports.CreateFile(diDetail.DevicePath, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, IntPtr.Zero, FileMode.Open, HIDImports.EFileAttributes.Overlapped, IntPtr.Zero) ‘ 4. create an attributes struct and initialize the size Dim attrib As HIDImports.HIDD_ATTRIBUTES = New HIDImports.HIDD_ATTRIBUTES() attrib.Size = Marshal.SizeOf(attrib) ‘ get the attributes of the current device If HIDImports.HidD_GetAttributes(mHandle.DangerousGetHandle(), attrib) Then ‘ if the vendor and product IDs match up If attrib.VendorID = VID AndAlso attrib.ProductID = PID Then ‘ 5. create a nice .NET FileStream wrapping the handle above mStream = New FileStream(mHandle, FileAccess.ReadWrite, REPORT_LENGTH, True) Else mHandle.Close() End If End If End If ‘ move to the next device index += 1 Loop ‘ 6. clean up our list HIDImports.SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo)
C#
// read/write handle to the device private SafeFileHandle mHandle; // a pretty .NET stream to read/write from/to private FileStream mStream; bool found = false; Guid guid; uint index = 0; // 1. get the GUID of the HID class HIDImports.HidD_GetHidGuid(out guid); // 2. get a handle to all devices that are part of the HID class IntPtr hDevInfo = HIDImports.SetupDiGetClassDevs(ref guid, null, IntPtr.Zero, HIDImports.DIGCF_DEVICEINTERFACE);// | HIDImports.DIGCF_PRESENT); // create a new interface data struct and initialize its size HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DATA diData = new HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DATA(); diData.cbSize = Marshal.SizeOf(diData); // 3. get a device interface to a single device (enumerate all devices) while(HIDImports.SetupDiEnumDeviceInterfaces(hDevInfo, IntPtr.Zero, ref guid, index, ref diData)) { // create a detail struct and set its size HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA diDetail = new HIDImports.SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA(); diDetail.cbSize = 5; //should be: (uint)Marshal.SizeOf(diDetail);, but that‘s the wrong size UInt32 size = 0; // get the buffer size for this device detail instance (returned in the size parameter) HIDImports.SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, ref diData, IntPtr.Zero, 0, out size, IntPtr.Zero); // actually get the detail struct if(HIDImports.SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hDevInfo, ref diData, ref diDetail, size, out size, IntPtr.Zero)) { // open a read/write handle to our device using the DevicePath returned mHandle = HIDImports.CreateFile(diDetail.DevicePath, FileAccess.ReadWrite, FileShare.ReadWrite, IntPtr.Zero, FileMode.Open, HIDImports.EFileAttributes.Overlapped, IntPtr.Zero); // 4. create an attributes struct and initialize the size HIDImports.HIDD_ATTRIBUTES attrib = new HIDImports.HIDD_ATTRIBUTES(); attrib.Size = Marshal.SizeOf(attrib); // get the attributes of the current device if(HIDImports.HidD_GetAttributes(mHandle.DangerousGetHandle(), ref attrib)) { // if the vendor and product IDs match up if(attrib.VendorID == VID && attrib.ProductID == PID) { // 5. create a nice .NET FileStream wrapping the handle above mStream = new FileStream(mHandle, FileAccess.ReadWrite, REPORT_LENGTH, true); } else mHandle.Close(); } } // move to the next device index++; } // 6. clean up our list HIDImports.SetupDiDestroyDeviceInfoList(hDevInfo);
第4章 CreateFile 和 SafeFileHandles
在看过上面的代码后,你可能注意到Wiimote的操作句柄是通过Win32的CreateFile方法打开的,而没有直接使用FileStream对象或者其它托管方式。这是由句柄创建方式的需要所决定的。diDetail结构中的 DevicePath 成员保存了一个非文件系统路径,Win32可以使用该句柄打开设备,而.NET仅允许文件系统路径,因此我们必须使用Win32方法。
同时你可能注意到我们使用了SafeFileHandle 对象包装CreateFile调用返回的句柄。SafeFileHandle对象包装了本地(非托管的)的Win32句柄,允许安全的管理本地类型,并在应用退出时干净的关闭这些句柄。当然可以使用更容易的IntPtr,但我发现对本地类型这种方式是更为干净的处理方式。
第5章 Wiimote I/O 和 HID 报文
在HID世界中,数据以报文的方式发送和接收。简要的说,报文就是一个已定义长度的数据缓冲区,它带有的头信息决定了报文的内容。Wiimote接收和发送多种报文,都是22字节长,在上面提到的网站中有详细的描述。考虑到其数量和复杂性,如果你希望了解Wiimote的报文和数据内容,我建议你自行阅读wikis中的相关资料。
现在我们得到了与Wiimote通信的 FileStream对象。因为报文会在同一时刻进行收发,所以必须采用异步I/O操作。在.NET中做到这点并不困难。在方法开始时进行一个异步读操作,并在缓冲区满后提供一个回调函数。在回调函数中,进行数据处理并重复调用该方法。
VB
‘ sure, we could find this out the hard way using HID, but trust me, it‘s 22 Private Const REPORT_LENGTH As Integer = 22 ‘ report buffer Private mBuff As Byte() = New Byte(REPORT_LENGTH - 1){} Private Sub BeginAsyncRead() ‘ if the stream is valid and ready If mStream.CanRead Then ‘ create a read buffer of the report size Dim buff As Byte() = New Byte(REPORT_LENGTH - 1){} ‘ setup the read and the callback mStream.BeginRead(buff, 0, REPORT_LENGTH, New AsyncCallback(AddressOf OnReadData), buff) End If End Sub Private Sub OnReadData(ByVal ar As IAsyncResult) ‘ grab the byte buffer Dim buff As Byte() = CType(ar.AsyncState, Byte()) ‘ end the current read mStream.EndRead(ar) ‘ start reading again BeginAsyncRead() ‘ handle data.... End Sub
C#
// sure, we could find this out the hard way using HID, but trust me, it‘s 22 private const int REPORT_LENGTH = 22; // report buffer private byte[] mBuff = new byte[REPORT_LENGTH]; private void BeginAsyncRead() { // if the stream is valid and ready if(mStream.CanRead) { // create a read buffer of the report size byte[] buff = new byte[REPORT_LENGTH]; // setup the read and the callback mStream.BeginRead(buff, 0, REPORT_LENGTH, new AsyncCallback(OnReadData), buff); } } private void OnReadData(IAsyncResult ar) { // grab the byte buffer byte[] buff = (byte[])ar.AsyncState; // end the current read mStream.EndRead(ar); // start reading again BeginAsyncRead(); // handle data.... }
第6章 完成!
你可能不相信,但这些代码已经能够连接并与Wiimote通信。 接下来的代码包括解析接收的数据并向Wiimote发送格式正确的代码。正象上面提到的, 我没打算在此详细说明这些细节,网站上可以提供更好的说明。
向Wiimote发送命令的方式如下:
VB
mStream.Write(mBuff, 0, REPORT_LENGTH)
C#
mStream.Write(mBuff, 0, REPORT_LENGTH);
读取功能在上面的异步代码中完成。在收到22字节数据后, 调用OnReadData方法,然后正确的解析和使用这些数据。
第7章 使用API
如果不关心这些实现细节,可以直接跳转到本章,学习如何在你自己的应用程序中使用这些API。最简单的方法是通过源代码中带有的WiimoteTest 应用程序来了解如何实现这些工作。
首先在源代码中添加WiimoteLib.dll 引用。然后,在应用程序中使用using/Imports 声明相关的命名空间。之后,就可以创建和使用一个Wiimote类。简单的初始化一个新的Wiimote类实例, 设置相应的事件处理以及希望返回数据的报文类型,并调用Connect方法。
VB
Imports WiimoteLib Private Sub Form1_Load(ByVal sender As Object, ByVal e As EventArgs) ‘ create a new instance of the Wiimote Dim wm As Wiimote = New Wiimote() ‘ setup the event to handle state changes AddHandler wm.WiimoteChanged, AddressOf wm_WiimoteChanged ‘ setup the event to handle insertion/removal of extensions AddHandler wm.WiimoteExtensionChanged, AddressOf wm_WiimoteExtensionChanged ‘ connect to the Wiimote wm.Connect() ‘ set the report type to return the IR sensor and accelerometer data (buttons always come back) wm.SetReportType(Wiimote.InputReport.IRAccel, True) End Sub Private Sub wm_WiimoteExtensionChanged(ByVal sender As Object, ByVal args As WiimoteExtensionChangedEventArgs) If args.Inserted Then wm.SetReportType(Wiimote.InputReport.IRExtensionAccel, True) ‘ return extension data Else wm.SetReportType(Wiimote.InputReport.IRAccel, True) ‘ back to original mode End If End Sub Private Sub wm_OnWiimoteChanged(ByVal sender As Object, ByVal args As WiimoteChangedEventArgs) ‘ current state information Dim ws As WiimoteState = args.WiimoteState ‘ write out the state of the A button Debug.WriteLine(ws.ButtonState.A) End Sub
C#
using WiimoteLib; private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { // create a new instance of the Wiimote Wiimote wm = new Wiimote(); // setup the event to handle state changes wm.WiimoteChanged += wm_WiimoteChanged; // setup the event to handle insertion/removal of extensions wm.WiimoteExtensionChanged += wm_WiimoteExtensionChanged; // connect to the Wiimote wm.Connect(); // set the report type to return the IR sensor and accelerometer data (buttons always come back) wm.SetReportType(Wiimote.InputReport.IRAccel, true); } void wm_WiimoteExtensionChanged(object sender, WiimoteExtensionChangedEventArgs args) { if(args.Inserted) wm.SetReportType(Wiimote.InputReport.IRExtensionAccel, true); // return extension data else wm.SetReportType(Wiimote.InputReport.IRAccel, true); // back to original mode } void wm_WiimoteChanged(object sender, WiimoteChangedEventArgs args) { // current state information WiimoteState ws = args.WiimoteState; // write out the state of the A button Debug.WriteLine(ws.ButtonState.A); }
如果使用多个Wiimote,创建一个WiimoteCollection 对象,调用FindAllWiimotes方法进行初始化,对集合中的每个Wiimote对象作为一个单独的实例进行使用。
VB
Dim wc As New WiimoteCollection() wc.FindAllWiimotes() For Each wm As Wiimote In wc AddHandler wm.WiimoteChanged, AddressOf wm_WiimoteChanged AddHandler wm.WiimoteExtensionChanged, AddressOf wm_WiimoteExtensionChanged wm.Connect() wm.SetReportType(InputReport.IRAccel, True) Next wm
C#
WiimoteCollection wc = new WiimoteCollection(); wc.FindAllWiimotes(); foreach(Wiimote wm in wc) { wm.WiimoteChanged += wm_WiimoteChanged; wm.WiimoteExtensionChanged += wm_WiimoteExtensionChanged; wm.Connect(); wm.SetReportType(InputReport.IRAccel, true); }
有两种方式从API中取得数据:事件和轮询。在事件模式中,上面所示,首先订阅WiimoteChanged 事件。然后,当数据从Wiimote发送到PC时,一个事件对象将发送到应用程序中的事件处理器中。如果不使用事件模型,可以简单的在任何时刻从Wiimote类的WiimoteState属性中取得状态信息。
报文类型
目前托管库仅支持Wiimote报文中有限的几种类型, 不过现在实现的报文类型已经能够返回所有必要的数据,以及目前的扩展信息了。这些报文类型包括:
报文类型可以通过SetReportType 方法设置,使用不同的报文类型,决定是否不停的发送数据,或只在控制器状态的改变时得到报文。
第8章 扩展
目前支持三种Wii扩展:Nunchuk, Classic Controller和Guitar Hero controller。如果希望使用这些扩展, 需要设置WiimoteExtensionChanged的事件处理器。当该事件被调用,可以通过检查事件变量确定是否有扩展插入或移除,以及插入扩展的类型。在事件处理器中,需要使用SetReportType改为支持扩展数据的报文类型,否则扩展数据不会返回。
如果使用一种严格的轮询操作,应当检查WiimoteState 属性中的Extension 和 ExtensionType参数,以确定扩展模块的插入和移除。
平衡板被视为一种带有扩展功能的Wiimote控制器。报文类型为内部设置,对该设备的任何报文类型改变将被忽略。平衡板的开关按钮对应Wiimote的A按钮, LED对应Wiimote的LED1。其它Wiimote属性被忽略。其它平衡板的信息在WiimoteState 对象中的BalanceBoard 结构中。
第9章 帮助信息
整个库的核心在WiimoteState对象中。在下载包中的chm帮助文件中可以查找全部可用的属性。
第10章 将来的工作
目前为止,还不能支持Wiimote中的扬声器。我有可能在将来的更新中增加这些功能。另外还有几种报文类型没有实现,不过现在实现的报文类型已经能够返回所有必要的信息了。我还希望能够添加一个“高层”的功能,例如返回倾斜/翻转角度,IR传感器的鼠标位置等。留意本文和我的博客中关于本库的更新信息。
第11章 结论
到此,我们已经达到了目的。一个全功能的Wiimote托管代码库。尝试一下,将它集成到你现有的应用程序中,或者做些全新的东西!我期待你能够利用它进行创造性的应用...
如果对库的使用有任何问题,或者有其它的功能需求(声音除外),可以直接联系我或在这个项目的专有论坛上发贴。
第12章 链接
第13章 作者介绍
Brian是一名 Microsoft C# MVP,自从2000年.NET发布早期测试版以来一直致力于.NET的开发,他在利用微软的技术和平台提供解决方案方面有更长的历史。除了.NET,Brian在各种CPU上的C, C++和汇编语言方面也有深入的研究。他精通很多种技术, 包括WEB开发,文档图像,GIS, 图形,游戏开发和硬件接口。 Brian在卫生保健行业的应用开发有很深厚的背景,提供多种便携设备解决方案,包括平板电脑和PDA。此外,他还是New Riders出版社出版的"深入 ASP.NET"的合作者,目前正在合著一本名为"程序员,爱好者和游戏开发人员的10个.NET Coding4Fun项目 "的书籍,该书将于2008年由 O‘Reilly出版社出版。 Brian同时为 MSDN的 Coding4Fun 网站按月提交文章。
http://blogs.msdn.com/coding4fun/archive/2007/03/14/1879033.aspx
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