在 Java 應用程式中存取 USB 裝置：jUSB 與 JSR-80

背景與挑戰

Java 強調平台無關性，導致直接存取硬體（如 USB）困難。USB 協議複雜，涉及主控制器、Hub、端點、四種傳輸類型（控制、批量、中斷、等時）。兩大開源專案試圖填補此缺口：jUSB (SourceForge) 與 JSR-80 (javax.usb) (Java 社群標準化)。

USB 協議核心概念

• 主機/從機架構：單一主控制器 (Host Controller)，採主/從協議避免封包衝突。
• 分層星狀拓樸：Root Hub → Hub/裝置，最多 7 層，127 裝置。
• 端點與管道：裝置有多個端點 (Endpoint)，主機與端點間的邏輯連線為管道，支援四種傳輸類型。
• 描述符：裝置、配置、介面、端點、字串描述符描述裝置能力。

jUSB API 架構

核心介面與類別

• HostFactory：啟動取得 Host 物件。
• Host：代表 USB 控制器，含一或多個 Bus。
• Bus：連接一組 USB 裝置。
• Device：USB 裝置，可取得 DeviceDescriptor、Configuration。
• Configuration：裝置配置，含多個 Interface。
• Interface：一組端點，對應一個功能單元。
• Endpoint：資料傳輸端點，支援控制/批量/中斷傳輸。

典型存取流程

1. Host host = HostFactory.getHost();
2. 取得 Bus → Root Hub (Device)。
3. 列舉 Hub 連接埠，尋找目標裝置 (VID/PID)。
4. 取得裝置 Configuration、Interface、Endpoint。
5. 開啟管道進行資料傳輸 (Endpoint.open()、read()/write())。

JSR-80 (javax.usb) 標準化

• 由 IBM Dan Streetman 發起，經 JCP 標準化為 javax.usb。
• 目標提供官方、跨平台標準 API，現仍在演進中。
• 與 jUSB 設計理念相似，但套件名為 javax.usb。

現狀與展望

兩專案在 Linux 上相對成熟，Windows 支援較弱。隨著 USB 在周邊裝置普及，Java 存取 USB 需求增長，期待標準化 API 成熟並納入 JDK。