自定义USB设备开发详细流程讲解（基于libusb）

发表于 2021-11-29 15:14

USB的用途就不多说了，下面的内容主要就是讲解如何利用ST提供的USB驱动库和libusb上位机驱动库实现一个USB数据传输功能，为了降低开发难度，我们仅仅讲解Bulk传输模式，当然这也是用得比较多的传输模式。

开发流程
1，完成STM32单片机端的USB程序；
2，利用linusb自带的inf-wizard工具生成USB驱动；
3，基于libusb编写USB通信程序；
4，测试PC和单片机的数据通信；

发表于 2021-11-29 15:17

感谢分享，这个Bulk传输模式应该是需要驱动程序吧？可以无驱

运行吗

发表于 2021-11-29 15:17

STM32程序编写
1，完成描述符的修改，修改后的描述符如下（在usb_desc.c文件中）
设备描述符：

发表于 2021-11-29 15:18

复制

 const 

              uint8_t CustomHID_DeviceDescriptor[CUSTOMHID_SIZ_DEVICE_DESC] =

            

 

             {

            

 

                 

             0x12,                       

             /*bLength */

            

 

                 

             USB_DEVICE_DESCRIPTOR_TYPE, 

             /*bDescriptorType*/

            

 

                 

             0x00,                       

             /*bcdUSB */

            

 

                 

             0x02,

            

 

                 

             0x00,                       

             /*bDeviceClass*/

            

 

                 

             0x00,                       

             /*bDeviceSubClass*/

            

 

                 

             0x00,                       

             /*bDeviceProtocol*/

            

 

                 

             0x40,                       

             /*bMaxPacketSize40*/

            

 

                 

             LOBYTE(USBD_VID),           

             /*idVendor*/

            

 

                 

             HIBYTE(USBD_VID),           

             /*idVendor*/

            

 

                 

             LOBYTE(USBD_PID),           

             /*idVendor*/

            

 

                 

             HIBYTE(USBD_PID),           

             /*idVendor*/

            

 

                 

             0x00,                       

             /*bcdDevice rel. 2.00*/

            

 

                 

             0x02,

            

 

                 

             1,                          

             /*Index of string descriptor describing manufacturer */

            

 

                 

             2,                          

             /*Index of string descriptor describing product*/

            

 

                 

             3,                          

             /*Index of string descriptor describing the device serial number */

            

 

                 

             0x01                        

             /*bNumConfigurations*/

            

 

             }; 

             /* CustomHID_DeviceDescriptor */

发表于 2021-11-29 15:19

配置描述符：

复制

  const 

              uint8_t CustomHID_ConfigDescriptor[CUSTOMHID_SIZ_CONFIG_DESC] =

            

 

             {

            

 

                 

             0x09, 

             /* bLength: Configuation Descriptor size */

            

 

                 

             USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_TYPE, 

             /* bDescriptorType: Configuration */

            

 

                 

             CUSTOMHID_SIZ_CONFIG_DESC,

            

 

                 

             /* wTotalLength: Bytes returned */

            

 

                 

             0x00,

            

 

                 

             0x01,         

             /* bNumInterfaces: 1 interface */

            

 

                 

             0x01,         

             /* bConfigurationValue: Configuration value */

            

 

                 

             0x00,         

             /* iConfiguration: Index of string descriptor describing

            

 

                                              

             the configuration*/

            

 

                 

             0xE0,         

             /* bmAttributes: Bus powered */

            

 

                               

             /*Bus powered: 7th bit, Self Powered: 6th bit, Remote wakeup: 5th bit, reserved: 4..0 bits */

            

 

                 

             0xFA,         

             /* MaxPower 500 mA: this current is used for detecting Vbus */

            

 

                 

             /************** Descriptor of Custom HID interface ****************/

            

 

                 

             /* 09 */

            

 

                 

             0x09,         

             /* bLength: Interface Descriptor size */

            

 

                 

             USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_TYPE,

             /* bDescriptorType: Interface descriptor type */

            

 

                 

             0x00,         

             /* bInterfaceNumber: Number of Interface */

            

 

                 

             0x00,         

             /* bAlternateSetting: Alternate setting */

            

 

                 

             0x04,         

             /* bNumEndpoints */

            

 

                 

             0xDC,         

             /* bInterfaceClass: Class code = 0DCH */

            

 

                 

             0xA0,         

             /* bInterfaceSubClass : Subclass code = 0A0H */

            

 

                 

             0xB0,         

             /* nInterfaceProtocol : Protocol code = 0B0H */

            

 

                 

             0,            

             /* iInterface: Index of string descriptor */

            

 

                 

             /******************** endpoint descriptor ********************/

            

 

                 

             /* 18 */

            

 

                 

             0x07,         

             /* endpoint descriptor length = 07H */

            

 

                 

             USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, 

             /* endpoint descriptor type = 05H */

            

 

                 

             0x81,         

             /* endpoint 1 IN */

            

 

                 

             0x02,                                        

             /* bulk transfer = 02H */

            

 

                 

             0x40,0x00,    

             /* endpoint max packet size = 0040H */

            

 

                 

             0x00,         

             /* the value is invalid when bulk transfer */

            



               

            

 

                 

             0x07,         

             /* endpoint descriptor length = 07H */

            

 

                 

             USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, 

             /* endpoint descriptor type = 05H */

            

 

                 

             0x01,         

             /* endpoint 1 OUT */

            

 

                 

             0x02,                                        

             /* bulk transfer = 02H */

            

 

                 

             0x40,0x00,    

             /* endpoint max packet size = 0040H */

            

 

                 

             0x00,         

             /* the value is invalid when bulk transfer */

            

 

                              

            

 

                 

             0x07,         

             /* endpoint descriptor length = 07H */

            

 

                 

             USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, 

             /* endpoint descriptor type = 05H */

            

 

                 

             0x82,         

             /* endpoint 2 IN */

            

 

                 

             0x02,                                        

             /* bulk transfer = 02H */

            

 

                 

             0x40,0x00,    

             /* endpoint max packet size = 0040H */

            

 

                 

             0x00,         

             /* the value is invalid when bulk transfer */

            

 

                              

            

 

                 

             0x07,         

             /* endpoint descriptor length = 07H */

            

 

                 

             USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_TYPE, 

             /* endpoint descriptor type = 05H */

            

 

                 

             0x02,         

             /* endpoint 2 OUT */

            

 

                 

             0x02,                                        

             /* bulk transfer = 02H */

            

 

                 

             0x40,0x00,    

             /* endpoint max packet size = 0040H */

            

 

                 

             0x00,         

             /* the value is invalid when bulk transfer */

            

 

             }; 

             /* CustomHID_ConfigDescriptor */

发表于 2021-11-29 15:24

配置描述符就包含了端点描述符，我们用了4个端点，两个BULK-OUT端点，两个BULK-IN端点。

其他的描述符：

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 /* USB String Descriptors (optional) */

            

 

             const 

              uint8_t CustomHID_StringLangID[CUSTOMHID_SIZ_STRING_LANGID] =

            

 

             {

            

 

                 

             CUSTOMHID_SIZ_STRING_LANGID,

            

 

                 

             USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE,

            

 

                 

             0x09,

            

 

                 

             0x04

            

 

             }; 

             /* LangID = 0x0409: U.S. English */

            



               

            

 

             const 

              uint8_t CustomHID_StringVendor[CUSTOMHID_SIZ_STRING_VENDOR] =

            

 

             {

            

 

                 

             CUSTOMHID_SIZ_STRING_VENDOR, 

             /* Size of Vendor string */

            

 

                 

             USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE,  

             /* bDescriptorType*/

            

 

                 

             // Manufacturer: "STMicroelectronics" 

            

 

                 

             'M'

             , 0, 

             'y'

             , 0, 

             'U'

             , 0,

             'S'

             , 0,

             'B'

             , 0, 

             '_'

             , 0, 

             'H'

             , 0,

             'I'

             ,0,

             'D'

             ,0

            

 

             };

            



               

            

 

             const 

              uint8_t CustomHID_StringProduct[CUSTOMHID_SIZ_STRING_PRODUCT] =

            

 

             {

            

 

                 

             CUSTOMHID_SIZ_STRING_PRODUCT,          

             /* bLength */

            

 

                 

             USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE,        

             /* bDescriptorType */

            

 

                 

             'B'

             , 0, 

             'y'

             , 0, 

             ' '

             , 0, 

             'e'

             , 0, 

             'm'

             , 0, 

             'b'

             , 0,

             'e'

             ,0,

             'd'

             ,0,

             '-'

             ,0,

             'n'

             ,0,

             'e'

             ,0,

             't'

             ,0

            

 

             };

            

 

             uint8_t CustomHID_StringSerial[CUSTOMHID_SIZ_STRING_SERIAL] =

            

 

             {

            

 

                 

             CUSTOMHID_SIZ_STRING_SERIAL,           

             /* bLength */

            

 

                 

             USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE,        

             /* bDescriptorType */

            

 

                 

             'x'

             , 0, 

             'x'

             , 0, 

             'x'

             , 0,

             'x'

             , 0,

             'x'

             , 0, 

             'x'

             , 0, 

             'x'

             , 0

            

 

             };

发表于 2021-11-29 15:25

2，根据端点缓冲区大小配置端点缓冲区地址，配置信息如下（在usb_conf.h文件中）：

复制



             /* buffer table base address */

            

 

             #define BTABLE_ADDRESS      (0x00)

            



               

            

 

             /* EP0  */

            

 

             /* rx/tx buffer base address */

            

 

             #define ENDP0_RXADDR        (0x18)

            

 

             #define ENDP0_TXADDR        (0x58)

            



               

            

 

             /* EP1  */

            

 

             /* tx buffer base address */

            

 

             //地址为32位对其,位4的倍数，不能超过 bMaxPacketSize

            

 

             //EP1

            

 

             #define ENDP1_RXADDR        (0x98)

            

 

             #define ENDP1_TXADDR        (0x98+64)

            

 

             EP2

            

 

             #define ENDP2_RXADDR        (0xA0+64+64)

            

 

             #define ENDP2_TXADDR        (0xA0+64+64+64)

发表于 2021-11-29 15:28

3，初始化每个端点（在usb_prop.c文件中的CustomHID_Reset函数中）

复制

  /* Initialize Endpoint 0 */

            

 

             SetEPType(ENDP0, EP_CONTROL);

            

 

             SetEPTxStatus(ENDP0, EP_TX_STALL);

            

 

             SetEPRxAddr(ENDP0, ENDP0_RXADDR);

            

 

             SetEPTxAddr(ENDP0, ENDP0_TXADDR);

            

 

             Clear_Status_Out(ENDP0);

            

 

             SetEPRxCount(ENDP0, Device_Property.MaxPacketSize);

            

 

             SetEPRxValid(ENDP0);

            



               

            

 

             /* Initialize Endpoint 1 */

            

 

                    

             SetEPType(ENDP1, EP_BULK);

            

 

                    

             SetEPRxAddr(ENDP1, ENDP1_RXADDR);

            

 

                    

             SetEPTxAddr(ENDP1, ENDP1_TXADDR);

            

 

                    

             SetEPRxCount(ENDP1, EP_SIZE);

            

 

                    

             SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_VALID);

            

 

              

             SetEPTxStatus(ENDP1, EP_TX_NAK);

            



               

            

 

             /* Initialize Endpoint 2 */

            

 

                    

             SetEPType(ENDP2, EP_BULK);

            

 

                    

             SetEPRxAddr(ENDP2, ENDP2_RXADDR);

            

 

                    

             SetEPTxAddr(ENDP2, ENDP2_TXADDR);

            

 

                    

             SetEPRxCount(ENDP2, EP_SIZE);

            

 

                    

             SetEPRxStatus(ENDP2, EP_RX_VALID);

            

 

                    

             SetEPTxStatus(ENDP2, EP_TX_NAK);

发表于 2021-11-29 15:29

4，实现端点的回调函数（需要在usb_conf.h中注释掉对应的回调函数宏定义）

发表于 2021-11-29 15:31

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       /*******************************************************************************

            

 

             * Function Name  : EP1_OUT_Callback.

            

 

             * Description    : EP1 OUT Callback Routine.

            

 

             * Input          : None.

            

 

             * Output         : None.

            

 

             * Return         : None.

            

 

             *******************************************************************************/

            

 

             void 

              EP1_OUT_Callback(

             void

             )

            

 

             {

            

 

                     

             EP1_ReceivedCount = GetEPRxCount(ENDP1);

            

 

                     

             PMAToUserBufferCopy(USB_Receive_Buffer, ENDP1_RXADDR, EP1_ReceivedCount);

            

 

                     

             SetEPRxStatus(ENDP1, EP_RX_VALID);

            

 

             }

            

 

             /*******************************************************************************

            

 

             * Function Name  : EP2_OUT_Callback.

            

 

             * Description    : EP2 OUT Callback Routine.

            

 

             * Input          : None.

            

 

             * Output         : None.

            

 

             * Return         : None.

            

 

             *******************************************************************************/

            

 

             void 

              EP2_OUT_Callback(

             void

             )

            

 

             {

            

 

                     

             EP2_ReceivedCount = GetEPRxCount(ENDP2);

            

 

                     

             PMAToUserBufferCopy(USB_Receive_Buffer, ENDP2_RXADDR, EP2_ReceivedCount);

            

 

                     

             SetEPRxStatus(ENDP2, EP_RX_VALID);

            

 

             }

发表于 2021-11-29 15:33

5，完成主函数的测试程序

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             int 

              main(

             void

             )

            

 

             {

            

 

                     

             uint8_t data[256];

            

 

                     

             uint32_t i=0;

            

 

                     

             Set_System();

             //系统时钟初始化

            

 

                     

             USART_Configuration();

             //串口1初始化

            

 

                     

             printf

             (

             "\x0c\0"

             );

             printf

             (

             "\x0c\0"

             );

             //超级终端清屏

            

 

                     

             printf

             (

             "\033[1;40;32m"

             );

             //设置超级终端背景为黑色，字符为绿色

            

 

                     

             printf

             (

             "\r\n*******************************************************************************"

             );

            

 

                     

             printf

             (

             "\r\n************************ Copyright 2009-2012, EmbedNet ************************"

             );

            

 

                     

             printf

             (

             "\r\n*************************** http://www.embed-net.com **************************"

             );

            

 

                     

             printf

             (

             "\r\n***************************** All Rights Reserved *****************************"

             );

            

 

                     

             printf

             (

             "\r\n*******************************************************************************"

             );

            

 

                     

             printf

             (

             "\r\n"

             );

            



               

            

 

                     

             USB_Interrupts_Config();

            

 

                     

             Set_USBClock();

            

 

                     

             USB_Init();

            



               

            

 

                     

             while

             (1)

            

 

                     

             {

            

 

                             

             if

             (EP1_ReceivedCount > 0){

            

 

                                     

             USB_GetData(ENDP1,data,EP1_ReceivedCount);

            

 

                                     

             USB_SendData(ENDP1,data,EP1_ReceivedCount);

            

 

                                     

             printf

             (

             "usb EP1 get data %d byte data\n\r"

             ,EP1_ReceivedCount);

            

 

                                     

             for

             (i=0;i<EP1_ReceivedCount;i++){

            

 

                                             

             printf

             (

             "0x%02X "

             ,data[i]);

            

 

                                     

             }

            

 

                                     

             printf

             (

             "\n\r"

             );

            

 

                                     

             EP1_ReceivedCount=0;

            

 

                             

             }

            

 

                             

             if

             (EP2_ReceivedCount > 0){

            

 

                                     

             USB_GetData(ENDP2,data,EP2_ReceivedCount);

            

 

                                     

             USB_SendData(ENDP2,data,EP2_ReceivedCount);

            

 

                                     

             printf

             (

             "usb EP2 get data %d byte data\n\r"

             ,EP2_ReceivedCount);

            

 

                                     

             for

             (i=0;i<EP2_ReceivedCount;i++){

            

 

                                             

             printf

             (

             "0x%02X "

             ,data[i]);

            

 

                                     

             }

            

 

                                     

             printf

             (

             "\n\r"

             );

            

 

                                     

             EP2_ReceivedCount=0;        

            

 

                             

             }

            

 

                     

             }

            

 

             }

发表于 2021-11-29 15:34

到此，STM32的程序基本上编写完成，然后编译下载程序，如果一切顺利，系统会检测到一个新的设备并试图加载对应的驱动，由于我们还没做驱动程序，所以肯定会加载驱动失败。

驱动程序生成
下面我们就利用libusb自带的inf-wizard工具生成USB驱动程序，该工具可以到本**的附件下载，其具体过程如下：

发表于 2021-11-29 15:36

运行该程序，出现下图对话框，点击“Next”；

出现下图对话框后选择我们需要生成驱动程序的设备；

这里可以写该Device Name，我们保持默认值，其他的都不需要修改；

点击Next后出现下图对话框，我们选择一个目录保存这个inf文件；

保存后的文件

发表于 2021-11-29 15:37

若要立即安装驱动，可以点击下面对话框的红色框按钮；

Win7下可能会出现如下对话框，点击始终安装；

到此，USB驱动程序自动生成完毕，若安装了驱动，则在设备管理器里面会看到如下信息

基于libusb的上位机驱动程序编写
首先建立一个驱动程序工程，然后将libusb的库（附件有下载）添加到工程里面，编写以下几个函数
设备扫描函数，该函数用来找到插入电脑上的USB设备

发表于 2021-11-29 15:39

  /**



         * @brief  扫描设备连接数



         * @param  NeedInit 是否需要初始化，第一次调用该函数需要初始化



         * @retval 识别到的指定设备个数



         */


         int
            __stdcall USBScanDev(
         int
            NeedInit)


         {



         if
         (NeedInit){



         usb_init();
         /* initialize the library */



         usb_find_busses();
         /* find all busses */



         usb_find_devices();
         /* find all connected devices */



         }



         return
            scan_dev(pBoard);


         }

发表于 2021-11-29 15:39

打开设备

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  /**

            

 

               

             * @brief  打开指定的USB设备

            

 

               

             * @param  devNum        需要打开的设备号

            

 

               

             * @retval 打开状态

            

 

               

             */

            

 

             int 

              __stdcall USBOpenDev(

             int 

              DevIndex)

            

 

             {

            

 

                     

             pBoardHandle[DevIndex] = open_dev(DevIndex,pBoard);

            

 

                     

             if

             (pBoardHandle[DevIndex]==NULL){

            

 

                             

             return 

              SEVERITY_ERROR;

            

 

                     

             }

             else

             {

            

 

                             

             return 

              SEVERITY_SUCCESS;

            

 

                     

             }

            

 

             }

发表于 2021-11-29 15:41

关闭设备

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     /**

            

 

               

             * @brief  关闭指定的USB设备

            

 

               

             * @param  devNum        需要关闭的设备号

            

 

               

             * @retval 打开状态

            

 

               

             */

            

 

             int 

              __stdcall USBCloseDev(

             int 

              DevIndex)

            

 

             {

            

 

                     

             return 

              close_dev(DevIndex,pBoardHandle);

            

 

             }

发表于 2021-11-29 15:52

BULK端点写数据

发表于 2021-11-29 15:54

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      /**

            

 

               

             * @brief  USB Bulk端点写数据

            

 

               

             * @param  nBoardID 设备号

            

 

               

             * @param  pipenum 端点号

            

 

               

             * @param  sendbuffer 发送数据缓冲区

            

 

               

             * @param  len 发送数据字节数

            

 

               

             * @param  waittime 超时时间

            

 

               

             * @retval 成功发送的数据字节数

            

 

               

             */

            



               

            

 

             int 

              __stdcall USBBulkWriteData(unsigned 

             int 

              nBoardID,

             int 

              pipenum,

             char 

              *sendbuffer,

             int 

              len,

             int 

              waittime)

            

 

             {

            

 

                     

             int 

              ret=0;

            

 

                     

             if

             (pBoardHandle[nBoardID] == NULL){

            

 

                             

             return 

              SEVERITY_ERROR;

            

 

                     

             }

            

 

             #ifdef TEST_SET_CONFIGURATION

            

 

                 

             if 

              (usb_set_configuration(pBoardHandle[nBoardID], MY_CONFIG) < 0)

            

 

                 

             {

            

 

                     

             usb_close(pBoardHandle[nBoardID]);

            

 

                     

             return 

              SEVERITY_ERROR;

            

 

                 

             }

            

 

             #endif

            



               

            

 

             #ifdef TEST_CLAIM_INTERFACE

            

 

                 

             if 

              (usb_claim_interface(pBoardHandle[nBoardID], 0) < 0)

            

 

                 

             {

            

 

                     

             usb_close(pBoardHandle[nBoardID]);

            

 

                     

             return 

              SEVERITY_ERROR;

            

 

                 

             }

            

 

             #endif

            



               

            

 

             #if TEST_ASYNC

            

 

                 

             // Running an async write test

            

 

                 

             ret = transfer_bulk_async(dev, pipenum, sendbuffer, len, waittime);

            

 

             #else

            

 

                     

             ret = usb_bulk_write(pBoardHandle[nBoardID], pipenum, sendbuffer, len, waittime);

            

 

                     

             /*if((len%64) == 0){

            

 

                             

             usb_bulk_write(pBoardHandle[nBoardID], pipenum, sendbuffer, 0, waittime);

            

 

                     

             }*/

            

 

             #endif

            

 

             #ifdef TEST_CLAIM_INTERFACE

            

 

                 

             usb_release_interface(pBoardHandle[nBoardID], 0);

            

 

             #endif

            

 

                 

             return 

              ret;

            

 

             }

发表于 2021-11-29 15:55

BULK端点读数据

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   /**

            

 

               

             * @brief  USB Bulk读数据

            

 

               

             * @param  nBoardID 设备号

            

 

               

             * @param  pipenum 端点号

            

 

               

             * @param  readbuffer 读取数据缓冲区

            

 

               

             * @param  len 读取数据字节数

            

 

               

             * @param  waittime 超时时间

            

 

               

             * @retval 读到的数据字节数

            

 

               

             */

            

 

             int 

              __stdcall USBBulkReadData(unsigned 

             int 

              nBoardID,

             int 

              pipenum,

             char 

              *readbuffer,

             int 

              len,

             int 

              waittime)

            

 

             {

            

 

                     

             int 

              ret=0;

            

 

                     

             if

             (pBoardHandle[nBoardID] == NULL){

            

 

                             

             return 

              SEVERITY_ERROR;

            

 

                     

             }

            

 

             #ifdef TEST_SET_CONFIGURATION

            

 

                 

             if 

              (usb_set_configuration(pBoardHandle[nBoardID], MY_CONFIG) < 0)

            

 

                 

             {

            

 

                     

             usb_close(pBoardHandle[nBoardID]);

            

 

                     

             return 

              SEVERITY_ERROR;

            

 

                 

             }

            

 

             #endif

            



               

            

 

             #ifdef TEST_CLAIM_INTERFACE

            

 

                 

             if 

              (usb_claim_interface(pBoardHandle[nBoardID], 0) < 0)

            

 

                 

             {

            

 

                     

             usb_close(pBoardHandle[nBoardID]);

            

 

                     

             return 

              SEVERITY_ERROR;

            

 

                 

             }

            

 

             #endif

            



               

            

 

             #if TEST_ASYNC

            

 

                 

             // Running an async read test

            

 

                 

             ret = transfer_bulk_async(pGinkgoBoardHandle[nBoardID], pipenum, sendbuffer, len, waittime);

            

 

             #else

            

 

                     

             ret = usb_bulk_read(pBoardHandle[nBoardID], pipenum, readbuffer, len, waittime);

            

 

             #endif

            

 

             #ifdef TEST_CLAIM_INTERFACE

            

 

                 

             usb_release_interface(pBoardHandle[nBoardID], 0);

            

 

             #endif

            

 

                 

             return 

              ret;

            

 

             }

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