嵌入式Linux USB驅(qū)動開發(fā)之教你一步步編寫USB驅(qū)動程序

tainqing

編寫與一個USB設(shè)備驅(qū)動程序的方法和其他總線驅(qū)動方式類似，驅(qū)動程序把驅(qū)動程序?qū)ο笞缘?/font>USB子系統(tǒng)中，稍后再使用制造商和設(shè)備標(biāo)識來判斷是否安裝了硬件。當(dāng)然，這些制造商和設(shè)備標(biāo)識需要我們編寫進(jìn)USB 驅(qū)動程序中。

USB 驅(qū)動程序依然遵循設(shè)備模型 —— 總線、設(shè)備、驅(qū)動。和I2C 總線設(shè)備驅(qū)動編寫一樣，所有的USB驅(qū)動程序都必須創(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)動程序。但這是個外殼，只是實現(xiàn)設(shè)備和總線的掛接，具體的USB 設(shè)備是什么樣的，如何實現(xiàn)的，比如一個字符設(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USB驅(qū)動外殼框架：

一、注冊USB驅(qū)動程序

Linux的設(shè)備驅(qū)動，特別是這種hotplug的USB設(shè)備驅(qū)動，會被編譯成模塊，然后在需要時掛在到內(nèi)核。所以USB驅(qū)動和注冊與正常的模塊注冊、卸載是一樣的，下面是USB驅(qū)動的注冊與卸載：

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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)動的模塊加載函數(shù)通用的方法是在I2C設(shè)備驅(qū)動的模塊加載函數(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。 對比I2C設(shè)備驅(qū)動中的 i2c_add_driver(&i2c_driver)與i2c_del_driver(&i2c_driver)。

struct usb_driver是USB設(shè)備驅(qū)動,我們需要實現(xiàn)其成員函數(shù)：

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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需要初始化五個字段：

模塊的所有者 THIS_MODULE
& M! `0 L3 B& i0 f+ D: M$ x模塊的名字  skeleton
, l/ g" S( z1 e- Qprobe函數(shù)   skel_probe
disconnect函數(shù)skel_disconnect
id_table

最重要的當(dāng)然是probe函數(shù)與disconnect函數(shù),這個在后面詳細(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)動程序中的探測回調(diào)該函數(shù)將不會被調(diào)用。對比I2C中struct i2c_device_id *id_table，一個驅(qū)動程序可以對應(yīng)多個設(shè)備，i2c 示例：

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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的組合來識別設(shè)備，并調(diào)用相關(guān)的驅(qū)動程序作處理。我們可以看看這個id_table到底是什么東西：

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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。后面一個參數(shù)是設(shè)備表，這個設(shè)備表的最后一個元素是空的，用于標(biāo)識結(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)有一個設(shè)備接到集線器時，usb子系統(tǒng)就會檢查這個設(shè)備的vendor ID和product ID，如果它們的值是0xfff0時，那么子系統(tǒng)就會調(diào)用這個skeleton模塊作為設(shè)備的驅(qū)動。

當(dāng)USB設(shè)備接到USB控制器接口時，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)用哪一個驅(qū)動處理該設(shè)備。  
9 Z' j( ^" l+ S) p" q- S  e

我們下面所要做的就是對probe函數(shù)與disconnect函數(shù)的填充了，但是在對probe函數(shù)與disconnect函數(shù)填充之前，有必要先學(xué)習(xí)三個重要的數(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)動程序中重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、usb-skeleton

usb-skeleton 是一個局部結(jié)構(gòu)體，用于與端點進(jìn)行通信。下面先看一下Linux內(nèi)核源碼中的一個usb-skeleton（就是usb驅(qū)動的骨架咯），其定義的設(shè)備結(jié)構(gòu)體就叫做usb-skel：

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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
- |7 ]% h- g8 A9 y一個接口interface
用于并發(fā)訪問控制的semaphore(信號量) limit_sem
! N3 a5 B- j0 G( t% ^用于接收數(shù)據(jù)的緩沖bulk_in_buffer
用于接收數(shù)據(jù)的緩沖尺寸bulk_in_size
( L- G) W/ n" J1 ?* y批量輸入端口地址bulk_in_endpointAddr
4 e/ U5 R/ A6 m" W' L批量輸出端口地址bulk_out_endpointAddr
/ |5 O, {7 B1 M: q9 }# h4 {內(nèi)核使用的引用計數(shù)器

從開發(fā)人員的角度看，每一個usb設(shè)備有若干個配置(configuration)組成，每個配置又可以有多個接口(interface)（我理解就是USB設(shè)備的一項功能），每個接口又有多個設(shè)置，而接口本身可能沒有端點或者多個端點（end point）

2、USB 接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct usb_interface

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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USB設(shè)備的功能劃分是通過接口來完成的。比如說一個USB揚(yáng)聲器，可能會包括有兩個接口：一個用于鍵盤控制，另外一個用于音頻流傳輸。而事實上，這種設(shè)備需要用到不同的兩個驅(qū)動程序來操作，一個控制鍵盤，一個控制音頻流。但也有例外，比如藍(lán)牙設(shè)備，要求有兩個接口，第一用于ACL跟EVENT的傳輸，另外一個用于SCO鏈路，但兩者通過一個驅(qū)動控制。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）

其實據(jù)我理解，他應(yīng)該是每個接口的設(shè)置，雖然名字上有點奇怪。該字段是一個設(shè)置的數(shù)組（一個接口可以有多個設(shè)置），每個usb_host_interface都包含一套由struct usb_host_endpoint定義的端點配置。但這些配置次序是不定的。

b -- struct usb_host_interface *cur_altsetting

       當(dāng)前活動的設(shè)置，指向altsetting數(shù)組中的一個

struct usb_host_interface數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

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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，接口描述符和端點描述符，協(xié)議里規(guī)定一個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;//這個設(shè)置所使用的端點   

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)組的元素個數(shù)

d -- int minor

當(dāng)捆綁到該接口的USB驅(qū)動程序使用USB主設(shè)備號時，USB core分配的次設(shè)備號。僅在成功調(diào)用usb_register_dev之后才有效。

3、USB 端點 struct usb_host_endpoint

Linux中用struct usb_host_endpoint 來描述USB端點

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1. struct usb_host_endpoint     

2. {   

3.          struct usb_endpoint_descriptor desc;   

4.          struct list_head                urb_list;//端點要處理的urb隊列.urb是usb通信的主角，設(shè)備中的每個端點都可以處理一個urb隊列.要想和你的usb通信，就得創(chuàng)建一個urb，并且為它賦好值，   

5.                                    //交給咱們的usb core，它會找到合適的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usb_host_endpoint中包含一個struct usb_endpoint_descriptor結(jié)構(gòu)體，當(dāng)中包含該端點的信息以及設(shè)備自定義的各種信息，這些信息包括：

a -- bEndpointAddress（b for byte）

8位端點地址，其地址還隱藏了端點方向的信息（之前說過，端點是單向的），可以用掩碼USB_DIR_OUT和USB_DIR_IN來確定。

b -- bmAttributes

端點的類型，結(jié)合USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK可以確定端點是USB_ENDPOINT_XFER_ISOC（等時）、USB_ENDPOINT_XFER_BULK（批量）還是USB_ENDPOINT_XFER_INT（中斷）。

c -- wMaxPacketSize

端點一次處理的最大字節(jié)數(shù)。發(fā)送的BULK包可以大于這個數(shù)值，但會被分割傳送。

d -- bInterval

如果端點是中斷類型，該值是端點的間隔設(shè)置，以毫秒為單位

三、探測和斷開函數(shù)分析

USB驅(qū)動程序指定了兩個USB核心在適當(dāng)時間調(diào)用的函數(shù)。

1、探測函數(shù)

當(dāng)一個設(shè)備被安裝而USB核心認(rèn)為該驅(qū)動程序應(yīng)該處理時，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)動程序是否真的適合該設(shè)備。當(dāng)驅(qū)動程序因為某種原因不應(yīng)控制設(shè)備時，斷開函數(shù)被調(diào)用，它可以做一些清潔的工作。

系統(tǒng)會傳遞給探測函數(shù)的信息是什么呢？一個usb_interface * 跟一個struct usb_device_id *作為參數(shù)。他們分別是該USB設(shè)備的接口描述（一般會是該設(shè)備的第0號接口，該接口的默認(rèn)設(shè)置也是第0號設(shè)置）跟它的設(shè)備ID描述（包括Vendor ID、Production ID等）。

USB驅(qū)動程序應(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)動程序通常需要探測設(shè)備對的端點地址和緩沖區(qū)大小，因為需要他們才能和端點通信。

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)

下面是一個實例代碼，他們探測批量類型的IN和OUT端點，把相關(guān)信息保存到一個局部設(shè)備結(jié)構(gòu)體中：

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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.      }   

8 K" ~- X+ C; X6 ?

sheng143

支持一下吧~~~~~~~~~~~~~~~~~~

864939134

好

未來第一站

連注解都是英文。

xiaobing86203

又是C語言，感覺像是火星文

只有快樂

把這么多代碼弄上去也是耐心

無敵老大

好長的廣告