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編寫與一個(gè)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方法和其他總線驅(qū)動(dòng)方式類似，驅(qū)動(dòng)程序把驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο笞?cè)到USB子系統(tǒng)中，稍后再使用制造商和設(shè)備標(biāo)識(shí)來判斷是否安裝了硬件。當(dāng)然，這些制造商和設(shè)備標(biāo)識(shí)需要我們編寫進(jìn)USB 驅(qū)動(dòng)程序中。 USB 驅(qū)動(dòng)程序依然遵循設(shè)備模型 —— 總線、設(shè)備、驅(qū)動(dòng)。和I2C 總線設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫一樣，所有的USB驅(qū)動(dòng)程序都必須創(chuàng)建的主要結(jié)構(gòu)體是 struct usb_driver，它們向USB 核心代碼描述了USB 驅(qū)動(dòng)程序。但這是個(gè)外殼，只是實(shí)現(xiàn)設(shè)備和總線的掛接，具體的USB 設(shè)備是什么樣的，如何實(shí)現(xiàn)的，比如一個(gè)字符設(shè)備，我們還需填寫相應(yīng)的文件操作接口 ，下面我們從外到里進(jìn)行剖析，學(xué)習(xí)如何搭建這樣的一個(gè)USB驅(qū)動(dòng)外殼框架： 一、注冊(cè)USB驅(qū)動(dòng)程序 Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，特別是這種hotplug的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)，會(huì)被編譯成模塊，然后在需要時(shí)掛在到內(nèi)核。所以USB驅(qū)動(dòng)和注冊(cè)與正常的模塊注冊(cè)、卸載是一樣的，下面是USB驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)與卸載： [cpp] view plain copy 1. static int __init usb_skel_init(void) 2. { 3. int result; 4. /* register this driver with the USB subsystem */ 5. result = usb_register(&skel_driver); 6. if (result) 7. err("usb_register failed. Error number %d", result); 8. 9. return result; 10. } 11. 12. static void __exit usb_skel_exit(void) 13. { 14. /* deregister this driver with the USB subsystem */ 15. usb_deregister(&skel_driver); 16. } 17. 18. module_init (usb_skel_init); 19. module_exit (usb_skel_exit); 20. MODULE_LICENSE("GPL"); USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)的模塊加載函數(shù)通用的方法是在I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)的模塊加載函數(shù)中使用usb_register（struct *usb_driver）函數(shù)添加usb_driver的工作,而在模塊卸載函數(shù)中利用usb_deregister（struct *usb_driver）做相反的工作。 對(duì)比I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的 i2c_add_driver(&i2c_driver)與i2c_del_driver(&i2c_driver)。 struct usb_driver是USB設(shè)備驅(qū)動(dòng),我們需要實(shí)現(xiàn)其成員函數(shù)： [cpp] view plain copy 1. static struct usb_driver skel_driver = { 2. .owner = THIS_MODULE, 3. .name = "skeleton", 4. .id_table = skel_table, 5. .probe = skel_probe, 6. .disconnect = skel_disconnect, 7. }; 從代碼看來，usb_driver需要初始化五個(gè)字段： 模塊的所有者 THIS_MODULE
`7 D2 }+ q. _% t# O模塊的名字 skeleton
r. w: a! J) ? I! g3 G$ _probe函數(shù) skel_probe6 n9 x8 T3 F3 S
disconnect函數(shù)skel_disconnect C b* q- x d/ ^
id_table 最重要的當(dāng)然是probe函數(shù)與disconnect函數(shù),這個(gè)在后面詳細(xì)介紹，先談一下id_table： id_table 是struct usb_device_id 類型，包含了一列該驅(qū)動(dòng)程序可以支持的所有不同類型的USB設(shè)備。如果沒有設(shè)置該變量，USB驅(qū)動(dòng)程序中的探測回調(diào)該函數(shù)將不會(huì)被調(diào)用。對(duì)比I2C中struct i2c_device_id *id_table，一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序可以對(duì)應(yīng)多個(gè)設(shè)備，i2c 示例： [cpp] view plain copy 1. static const struct i2c_device_id mpu6050_id[] = { 2. { "mpu6050", 0}, 3. {} 4. }; usb子系統(tǒng)通過設(shè)備的production ID和vendor ID的組合或者設(shè)備的class、subclass跟protocol的組合來識(shí)別設(shè)備，并調(diào)用相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序作處理。我們可以看看這個(gè)id_table到底是什么東西： [cpp] view plain copy 1. static struct usb_device_id skel_table [] = { 2. { USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID) }, 3. { } /* Terminating entry */ 4. }; 5. 6. MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table); MODULE_DEVICE_TABLE的第一個(gè)參數(shù)是設(shè)備的類型，如果是USB設(shè)備，那自然是usb。后面一個(gè)參數(shù)是設(shè)備表，這個(gè)設(shè)備表的最后一個(gè)元素是空的，用于標(biāo)識(shí)結(jié)束。代碼定義了USB_SKEL_VENDOR_ID是0xfff0，USB_SKEL_PRODUCT_ID是0xfff0，也就是說，當(dāng)有一個(gè)設(shè)備接到集線器時(shí)，usb子系統(tǒng)就會(huì)檢查這個(gè)設(shè)備的vendor ID和product ID，如果它們的值是0xfff0時(shí)，那么子系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用這個(gè)skeleton模塊作為設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。 當(dāng)USB設(shè)備接到USB控制器接口時(shí)，usb_core就檢測該設(shè)備的一些信息，例如生產(chǎn)廠商ID和產(chǎn)品的ID，或者是設(shè)備所屬的class、subclass跟protocol，以便確定應(yīng)該調(diào)用哪一個(gè)驅(qū)動(dòng)處理該設(shè)備。 8 K) ~4 P! S$ _6 k0 W
我們下面所要做的就是對(duì)probe函數(shù)與disconnect函數(shù)的填充了，但是在對(duì)probe函數(shù)與disconnect函數(shù)填充之前，有必要先學(xué)習(xí)三個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這在我們后面probe函數(shù)與disconnect函數(shù)中有很大的作用： 二、USB驅(qū)動(dòng)程序中重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1、usb-skeleton usb-skeleton 是一個(gè)局部結(jié)構(gòu)體，用于與端點(diǎn)進(jìn)行通信。下面先看一下Linux內(nèi)核源碼中的一個(gè)usb-skeleton（就是usb驅(qū)動(dòng)的骨架咯），其定義的設(shè)備結(jié)構(gòu)體就叫做usb-skel： [cpp] view plain copy 1. struct usb_skel { 2. struct usb_device *udev; /* the usb device for this device */ 3. struct usb_interface *interface; /* the interface for this device */ 4. struct semaphore limit_sem; /* limiting the number of writes in progress */ 5. unsigned char *bulk_in_buffer; /* the buffer to receive data */ 6. size_t bulk_in_size; /* the size of the receive buffer */ 7. __u8 bulk_in_endpointAddr; /* the address of the bulk in endpoint */ 8. __u8 bulk_out_endpointAddr; /* the address of the bulk out endpoint */ 9. struct kref kref; 10. }; 他擁有： 描述usb設(shè)備的結(jié)構(gòu)體udev
1 @9 t8 k9 i( g) \. r' x$ B一個(gè)接口interface
) o }# z6 c c! V1 _用于并發(fā)訪問控制的semaphore(信號(hào)量) limit_sem9 I7 `- J4 a' Y1 z$ k
用于接收數(shù)據(jù)的緩沖bulk_in_buffer
( L6 A' n n, T" B* |用于接收數(shù)據(jù)的緩沖尺寸bulk_in_size
; m2 Z8 \8 r6 s ^# s批量輸入端口地址bulk_in_endpointAddr
3 l5 M' Y; n) {9 D5 h1 K; g批量輸出端口地址bulk_out_endpointAddr
1 S2 ~6 R0 q: E# c: X% R3 d內(nèi)核使用的引用計(jì)數(shù)器 從開發(fā)人員的角度看，每一個(gè)usb設(shè)備有若干個(gè)配置(configuration)組成，每個(gè)配置又可以有多個(gè)接口(interface)（我理解就是USB設(shè)備的一項(xiàng)功能），每個(gè)接口又有多個(gè)設(shè)置，而接口本身可能沒有端點(diǎn)或者多個(gè)端點(diǎn)（end point） 2、USB 接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct usb_interface [cpp] view plain copy 1. struct usb_interface 2. { 3. struct usb_host_interface *altsetting; 4. struct usb_host_interface *cur_altsetting; 5. unsigned num_altsetting; 6. int minor; 7. enum usb_interface_condition condition; 8. unsigned is_active:1; 9. unsigned needs_remote_wakeup:1; 10. struct device dev; 11. struct device *usb_dev; 12. int pm_usage_cnt; 13. }; 在邏輯上，一個(gè)USB設(shè)備的功能劃分是通過接口來完成的。比如說一個(gè)USB揚(yáng)聲器，可能會(huì)包括有兩個(gè)接口：一個(gè)用于鍵盤控制，另外一個(gè)用于音頻流傳輸。而事實(shí)上，這種設(shè)備需要用到不同的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序來操作，一個(gè)控制鍵盤，一個(gè)控制音頻流。但也有例外，比如藍(lán)牙設(shè)備，要求有兩個(gè)接口，第一用于ACL跟EVENT的傳輸，另外一個(gè)用于SCO鏈路，但兩者通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制。在Linux上，接口使用struct usb_interface來描述，以下是該結(jié)構(gòu)體中比較重要的字段： a -- struct usb_host_interface *altsetting（注意不是usb_interface） 其實(shí)據(jù)我理解，他應(yīng)該是每個(gè)接口的設(shè)置，雖然名字上有點(diǎn)奇怪。該字段是一個(gè)設(shè)置的數(shù)組（一個(gè)接口可以有多個(gè)設(shè)置），每個(gè)usb_host_interface都包含一套由struct usb_host_endpoint定義的端點(diǎn)配置。但這些配置次序是不定的。
( E" O. [% }! }$ m5 W) H2 hb -- struct usb_host_interface *cur_altsetting
當(dāng)前活動(dòng)的設(shè)置，指向altsetting數(shù)組中的一個(gè) struct usb_host_interface數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： [cpp] view plain copy 1. struct usb_host_interface 2. { 3. struct usb_interface_descriptor desc;//usb描述符，主要有四種usb描述符，設(shè)備描述符，配置描述符，接口描述符和端點(diǎn)描述符，協(xié)議里規(guī)定一個(gè)usb設(shè)備是必須支持這四大描述符的信盈達(dá)嵌入式要領(lǐng)吧五六零五四五吧。 4. //usb描述符放在usb設(shè)備的eeprom里邊 5. /* array of desc.bNumEndpoint endpoints associated with this 6. * interface setting. these will be in no particular order. 7. */ 8. struct usb_host_endpoint *endpoint;//這個(gè)設(shè)置所使用的端點(diǎn) 9. 10. char *string; /* iInterface string, if present */ 11. unsigned char *extra; /* Extra descriptors */關(guān)于額外描述符 12. int extralen; 13. }; c -- unsigned num_altstting 可選設(shè)置的數(shù)量，即altsetting所指數(shù)組的元素個(gè)數(shù) d -- int minor 當(dāng)捆綁到該接口的USB驅(qū)動(dòng)程序使用USB主設(shè)備號(hào)時(shí)，USB core分配的次設(shè)備號(hào)。僅在成功調(diào)用usb_register_dev之后才有效。 3、USB 端點(diǎn) struct usb_host_endpoint Linux中用struct usb_host_endpoint 來描述USB端點(diǎn) [cpp] view plain copy 1. struct usb_host_endpoint 2. { 3. struct usb_endpoint_descriptor desc; 4. struct list_head urb_list;//端點(diǎn)要處理的urb隊(duì)列.urb是usb通信的主角，設(shè)備中的每個(gè)端點(diǎn)都可以處理一個(gè)urb隊(duì)列.要想和你的usb通信，就得創(chuàng)建一個(gè)urb，并且為它賦好值， 5. //交給咱們的usb core，它會(huì)找到合適的host controller，從而進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)傳輸 6. void *hcpriv;//這是提供給HCD（host controller driver）用的 7. struct ep_device *ep_dev; /* For sysfs info */ 8. 9. unsigned char *extra; /* Extra descriptors */ 10. int extralen; 11. }; 每個(gè)usb_host_endpoint中包含一個(gè)struct usb_endpoint_descriptor結(jié)構(gòu)體，當(dāng)中包含該端點(diǎn)的信息以及設(shè)備自定義的各種信息，這些信息包括： a -- bEndpointAddress（b for byte） 8位端點(diǎn)地址，其地址還隱藏了端點(diǎn)方向的信息（之前說過，端點(diǎn)是單向的），可以用掩碼USB_DIR_OUT和USB_DIR_IN來確定。 b -- bmAttributes 端點(diǎn)的類型，結(jié)合USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK可以確定端點(diǎn)是USB_ENDPOINT_XFER_ISOC（等時(shí)）、USB_ENDPOINT_XFER_BULK（批量）還是USB_ENDPOINT_XFER_INT（中斷）。 c -- wMaxPacketSize 端點(diǎn)一次處理的最大字節(jié)數(shù)。發(fā)送的BULK包可以大于這個(gè)數(shù)值，但會(huì)被分割傳送。 d -- bInterval 如果端點(diǎn)是中斷類型，該值是端點(diǎn)的間隔設(shè)置，以毫秒為單位 三、探測和斷開函數(shù)分析 USB驅(qū)動(dòng)程序指定了兩個(gè)USB核心在適當(dāng)時(shí)間調(diào)用的函數(shù)。 1、探測函數(shù) 當(dāng)一個(gè)設(shè)備被安裝而USB核心認(rèn)為該驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)該處理時(shí)，探測函數(shù)被調(diào)用； 探測函數(shù)應(yīng)該檢查傳遞給他的設(shè)備信息，確定驅(qū)動(dòng)程序是否真的適合該設(shè)備。當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序因?yàn)槟撤N原因不應(yīng)控制設(shè)備時(shí)，斷開函數(shù)被調(diào)用，它可以做一些清潔的工作。 系統(tǒng)會(huì)傳遞給探測函數(shù)的信息是什么呢？一個(gè)usb_interface * 跟一個(gè)struct usb_device_id *作為參數(shù)。他們分別是該USB設(shè)備的接口描述（一般會(huì)是該設(shè)備的第0號(hào)接口，該接口的默認(rèn)設(shè)置也是第0號(hào)設(shè)置）跟它的設(shè)備ID描述（包括Vendor ID、Production ID等）。 USB驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)該初始化任何可能用于控制USB設(shè)備的局部結(jié)構(gòu)體，它還應(yīng)該把所需的任何設(shè)備相關(guān)信息保存到局部結(jié)構(gòu)體中。例如，USB驅(qū)動(dòng)程序通常需要探測設(shè)備對(duì)的端點(diǎn)地址和緩沖區(qū)大小，因?yàn)樾枰麄儾拍芎投它c(diǎn)通信。 下面具體分析探測函數(shù)做了哪些事情： a -- 探測設(shè)備的端點(diǎn)地址、緩沖區(qū)大小，初始化任何可能用于控制USB設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 下面是一個(gè)實(shí)例代碼，他們探測批量類型的IN和OUT端點(diǎn)，把相關(guān)信息保存到一個(gè)局部設(shè)備結(jié)構(gòu)體中： [cpp] view plain copy 1. /* set up the endpoint information */ 2. /* use only the first bulk-in and bulk-out endpoints */ 3. iface_desc = interface->cur_altsetting; 4. for (i = 0; i < iface_desc->desc.bNumEndpoints; ++i) { 5. endpoint = &iface_desc->endpoint.desc; 6. 7. if ( !dev->bulk_in_endpointAddr && 8. ((endpoint->bEndpointAddress & USB_ENDPOINT_DIR_MASK) = = USB_DIR_IN) && 9. ((endpoint->bmAttributes & USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK) = = USB_ENDPOINT_XFER_BULK)) { 10. /* we found a bulk in endpoint */ 11. buffer_size = le16_to_cpu(endpoint->wMaxPacketSize); 12. dev->bulk_in_size = buffer_size; 13. dev->bulk_in_endpointAddr = endpoint->bEndpointAddress; 14. dev->bulk_in_buffer = kmalloc(buffer_size, GFP_KERNEL); 15. if (!dev->bulk_in_buffer) { 16. err("Could not allocate bulk_in_buffer"); 17. goto error; 18. } 19. } 20. 21. if (!dev->bulk_out_endpointAddr && 22. ((endpoint->bEndpointAddress & USB_ENDPOINT_DIR_MASK)= =USB_DIR_OUT) && 23. ((endpoint->bmAttributes & USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK)= = USB_ENDPOINT_XFER_BULK)) { 24. /* we found a bulk out endpoint */ 25. dev->bulk_out_endpointAddr = endpoint->bEndpointAddress; 26. } 27. } 28. 29. if (!(dev->bulk_in_endpointAddr && dev->bulk_out_endpointAddr)) { 30. err("Could not find both bulk-in and bulk-out endpoints"); 31. goto error; 32. }
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發(fā)表于 2017-11-3 10:58:05
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