嵌入式Linux下USB驅(qū)動程序的設(shè)計

1、嵌入式linux下usb驅(qū)動程序的設(shè)計(universal serial bus)即通用串行，是一種全新的雙向同步傳輸?shù)闹С譄岵灏蔚臄?shù)據(jù)傳輸總線，其目的是為了提供一種兼容不同速度的、可擴(kuò)充的并且用法便利的外圍設(shè)備接口，同時也是為了解決計算機(jī)接口的太多的弊端而設(shè)計的。一個usb系統(tǒng)主要有三部分組成：usb互連、usb主機(jī)、usb設(shè)備三部分組成的，其結(jié)構(gòu)1所示。在編寫usb設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計時，可以分為三部分編寫：主機(jī)端設(shè)備驅(qū)動程序、主機(jī)控制器驅(qū)動程序設(shè)計和設(shè)備端驅(qū)動程序三部分，在本文中重點(diǎn)介紹主機(jī)端驅(qū)動程序的設(shè)計。二、usb設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計usb設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計包括主機(jī)端設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計、主機(jī)

2、控制器驅(qū)動程序設(shè)計和設(shè)備端驅(qū)動程序設(shè)計三部分組成。主機(jī)端設(shè)備驅(qū)動程序就是通常說的設(shè)備驅(qū)動程序，它是主機(jī)環(huán)境中為用戶應(yīng)用程序提供一個拜訪usb外設(shè)的接口。為這部分驅(qū)動程序提供編程接口，驅(qū)動程序設(shè)計者只要根據(jù)需求編寫驅(qū)動程序框架，通過調(diào)用操作系統(tǒng)提供的api接口函數(shù)可以完成對usb外設(shè)的特定拜訪。主機(jī)控制驅(qū)動主要是對usb主機(jī)控制器的驅(qū)動，在大多數(shù)pc環(huán)境下，主機(jī)控制器都是由操作系統(tǒng)提供。設(shè)備普通都沒有usb主機(jī)控制器，只是工作在slave模式下。假如要使usb具有主機(jī)功能，那么設(shè)備中需要選用一個帶主機(jī)控制器的usb接口控制芯片， 同時自己還要有實(shí)現(xiàn)該主機(jī)控制器的驅(qū)動程序。目前l(fā)inux內(nèi)核中只提

3、供usb主機(jī)控制器的開放主機(jī)控制器和通用主機(jī)控制器接口兩種規(guī)格，而這兩種規(guī)格主要用在pc架構(gòu)中。usb主機(jī)端驅(qū)動程序與主機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)2所示。其中usb核是linux的一個子模塊，集中定義了一組usb相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、宏以及api函數(shù)。usb設(shè)備驅(qū)動程序是常說的設(shè)備固件程序的一部分，提供設(shè)備信息與主機(jī)的通信接口。設(shè)備端usb驅(qū)動程序設(shè)計由以下幾部分處理程序組成。初始化例程：完成描述符指針、端點(diǎn)、配置轉(zhuǎn)變等操作。數(shù)據(jù)傳輸例程：完成控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸及同步傳輸?shù)葌鬏敺绞较碌臄?shù)據(jù)收發(fā)工作。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備處理哀求：處理標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備哀求。廠商哀求處理：處理生產(chǎn)商指定哀求。其他操作：處理主機(jī)發(fā)出的端口復(fù)位、

4、配置轉(zhuǎn)變等操作。1.usb設(shè)備驅(qū)動程序框架usb驅(qū)動程序首先要向linux內(nèi)核注冊自己，并告知系統(tǒng)它所支持的設(shè)備類型以及它所支持的操作。這些信息通過一個usb_driver結(jié)構(gòu)來傳遞。usb_driver結(jié)構(gòu)如下：static struct usb_driver skel_driver = name: "skeleton"；/*驅(qū)動程序的名稱*/probe: skel_probe； /*設(shè)備列舉時被調(diào)用*/disconnect: skel_disconnect； /*設(shè)備被卸載時被調(diào)用*/fops: &skel_fops； /*指向一個file_operation結(jié)

5、構(gòu)，內(nèi)核通過它來拜訪驅(qū)動程序的文件操作函數(shù)，與用戶程序的read、write等操作舉行交互*/minor usb_skel_minor_base； /*指向設(shè)備的次設(shè)備號，用于系統(tǒng)識別主設(shè)備號相同的設(shè)備（即一個驅(qū)動程序可以同時支持多個usb設(shè)備*/id_table: skel_table； /*保存設(shè)備的廠商id和產(chǎn)品id，作為該設(shè)備的唯一標(biāo)識，驅(qū)動程序向系統(tǒng)注冊后，當(dāng)下次插入時，系統(tǒng)按照這個標(biāo)識查找正確的驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用*/;static struct file_operation skel_fops=owner:this_module,read:skel_read,write:

6、skel_write,ioctl:skel_ioctl,open:skel_open,release:skel_release,;（1）注冊和注銷usb驅(qū)動程序注冊，就是把在初始化函數(shù)中填好的use_driver結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞給use_register()函數(shù)即可，函數(shù)的調(diào)用辦法為：result=usb_register(&skel_driver);當(dāng)要從系統(tǒng)卸載驅(qū)動程序時，也是將use_driver結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞給usb_deregister 函數(shù)處理。 函數(shù)的調(diào)用格式為：static void _exit usb_skel_exit(void) /* deregister th

7、is driver with the usb subsystem */usb_deregister(&skel_driver);module_exit(usb_skel_exit);當(dāng)usb設(shè)備插入時，為了使linux-hotplug（linux中pci、usb等設(shè)備熱插拔支持）系統(tǒng)自動裝載驅(qū)動程序，需要創(chuàng)建一個module_device_table。核心代碼如下（這個模塊僅支持某一特定設(shè)備）：/* table of devices that work with this driver */static struct usb_device_id skel_table = usb_dev

8、ice(usb_skel_vendor_id,usb_skel_product_id) , /* terminating entry */;module_device_table (usb, skel_table);usb_device宏利用廠商id和產(chǎn)品id提供了一個設(shè)備的唯一標(biāo)識。當(dāng)系統(tǒng)插入一個id匹配的usb設(shè)備到usb總線時，驅(qū)動會在usb core中注冊，驅(qū)動程序中probe 函數(shù)也就會被調(diào)用。usb_device 結(jié)構(gòu)指針、接口號和接口id都會被傳遞到函數(shù)中。（2）probe()函數(shù)probe()函數(shù)的編寫格式為：static void * skel_probe(struct us

9、b_device *dev, unsigned int ifnum, const struct usb_device_id *id)；驅(qū)動程序需要確認(rèn)插入的設(shè)備是否可以被接受，假如不接受，或者在初始化的過程中發(fā)生任何錯誤，probe()函數(shù)返回一個null值。否則返回一個含有設(shè)備驅(qū)動程序狀態(tài)的指針，通過這個指針，就可以拜訪全部結(jié)構(gòu)中的回調(diào)函數(shù)。在驅(qū)動程序里，最后一點(diǎn)是要注冊devfs（設(shè)備文件系統(tǒng)）。首先創(chuàng)建一個緩沖用來保存那些被發(fā)送給usb設(shè)備的數(shù)據(jù)和那些從設(shè)備上接受的數(shù)據(jù)，并為設(shè)備傳輸創(chuàng)建一個usb哀求塊（urb）以向設(shè)備寫入數(shù)據(jù)，同時usb urb 被初始化，然后在devfs子系統(tǒng)中注冊

10、設(shè)備，允許devfs用戶拜訪usb的設(shè)備。注冊過程如下：/* initialize the devfs node for this device and register it */sprintf(name, "skel%d", skel->minor);skel->devfs = devfs_register (usb_devfs_handle, name, devfs_fl_default, usb_major, usb_skel_minor_base + skel->minor, s_ifchr | s_irusr | s_iwusr | s_irg

11、rp | s_iwgrp | s_iroth, &skel_fops, null);假如devfs_register函數(shù)失敗， devfs子系統(tǒng)會將此狀況報告給用戶。假如設(shè)備從usb總線拔掉，設(shè)備指針會調(diào)用disconnect 函數(shù)。驅(qū)動程序就需要清除那些被分配了的全部私有數(shù)據(jù)、關(guān)閉urbs，并且從devfs上注銷調(diào)自己。調(diào)用函數(shù)的格式為：/* remove our devfs node */devfs_unregister(skel->devfs);現(xiàn)在，skeleton驅(qū)動就已經(jīng)和設(shè)備綁定上了，任何用戶態(tài)程序要操作此設(shè)備都可以通過file_operations結(jié)構(gòu)所定義的函數(shù)

12、舉行了。（3）open()、write()和read()函數(shù)首先，要打開此設(shè)備。在open()函數(shù)中module_inc_use_count 宏是一個關(guān)鍵，它起到一個計數(shù)的作用，有一個用戶態(tài)程序打開一個設(shè)備，計數(shù)器就加1。例如，以模塊方式加入一個驅(qū)動，若計數(shù)器不為零，就解釋仍然實(shí)用戶程序在用法此驅(qū)動，這時候，就不能通過rmmod指令卸載驅(qū)動模塊了。/* increment our usage count for the module */mod_inc_use_count;+skel->open_count;/* save our object in the file's pri

13、vate structure */file->private_data = skel;當(dāng)open完設(shè)備后，read()、write()函數(shù)就可以收、發(fā)數(shù)據(jù)了。read()函數(shù)首先從open()函數(shù)中保存的fi。write()函數(shù)和read()函數(shù)是完成驅(qū)動對讀寫等操作的響應(yīng)。在skel_write中，一個fill_bulk_urb函數(shù)，就完成了urb 系統(tǒng)callbak和的skel_write_bulk_callback之間的聯(lián)系。注重skel_write_bulkcallback是中斷方式，所以要注重時光不能太久，本程序中它就只是報告一些urb的狀態(tài)等。 read 函數(shù)與write 函

14、數(shù)稍有不同在于：程序并沒實(shí)用urb 將數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到驅(qū)動程序，而是用usb_bulk_msg 函數(shù)代替，這個函數(shù)能夠不需要創(chuàng)建urbs 和操作urb函數(shù)的狀況下，來發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備，或者從設(shè)備來接收數(shù)據(jù)。調(diào)用usb_bulk_msg函數(shù)并傳到一個存儲空間，用來緩沖和放置驅(qū)動收到的數(shù)據(jù)，若沒有收到數(shù)據(jù)表示失敗并返回一個錯誤信息。usb_bulk_msg函數(shù)：當(dāng)對usb設(shè)備舉行一次讀或者寫時，usb_bulk_msg 函數(shù)是十分實(shí)用的; 然而, 當(dāng)需要延續(xù)地對設(shè)備舉行讀/寫時，應(yīng)建立一個自己的urbs，同時將urbs 提交給usb子系統(tǒng)。skel_disconnect函數(shù)：當(dāng)釋放設(shè)備文件句柄時，這

15、個函數(shù)會被調(diào)用。mod_dec_use_count宏也會被調(diào)用到（和mod_inc_use_count剛好對應(yīng)，它削減一個計數(shù)器），首先確認(rèn)當(dāng)前是否有其他的程序正在拜訪這個設(shè)備，假如是最后一個用戶在用法，可以關(guān)閉任何正在發(fā)生的寫，操作如下：/* decrement our usage count for the device */-skel->open_count;if (skel->open_count /* shutdown any bulk writes that might begoing on */usb_unlink_urb (skel->write_urb);s

16、kel->open_count = 0;/* decrement our usage count for the module */mod_dec_use_count;usb設(shè)備可以在任何時光點(diǎn)從系統(tǒng)中取走，即使程序目前正在拜訪它。usb驅(qū)動程序必需要能夠很好地處理解決此問題，它需要能夠切斷任何當(dāng)前的讀寫，同時通知用戶空間程序：usb設(shè)備已經(jīng)被取走。2.設(shè)計實(shí)例下面通過介紹鍵盤飛梭驅(qū)動程序的實(shí)例來讓讀者更好的理解usb驅(qū)動程序的工作原理，實(shí)現(xiàn)代碼如下：/*需要的頭文件*/includeincludeincludeincludeincludeincludeinclude/* 驅(qū)動程序版本信

17、息*/define driver_version ""define driver_author " tge hotkey "define driver_desc "usb hid tge hotkey driver"define usb_hotkey_vendor_id 0x07e4define usb_hotkey_product_id 0x9473/*廠商和產(chǎn)品id信息就是/proc/bus/usb/devices中看到的值，通過cat/proc/bus/usb/devices得到當(dāng)前系統(tǒng)探測到的usb總線上的設(shè)備信息。它包括ve

18、ndor、prodid、product等*/module_author( driver_author );module_description( driver_desc );/*此結(jié)構(gòu)來自內(nèi)核中drivers/usb/usbkbd.c*/struct usb_kbd struct input_dev dev;struct usb_device *usbdev;unsigned char new8;unsigned char old8;struct urb irq, led;struct usb_ctrlrequest dr;unsigned char leds, newleds;char na

19、me128;int open;static void usb_kbd_irq(struct urb *urb) /*urb為usb哀求塊*/struct usb_kbd *kbd = urb->context;int *new;new = (int *) kbd->new;if(kbd->new0 = (char)0x01)if(kbd->new1>>4)&0x0f)!=0x7)handle_scancode(0xe0,1);handle_scancode(0x4b,1);handle_scancode(0xe0,0);handle_scancode

20、(0x4b,0);else handle_scancode(0xe0,1);handle_scancode(0x4d,1);handle_scancode(0xe0,0);handle_scancode(0x4d,0);printk("new=%x %x %x %x %x %x %x %x"， kbd->new0,kbd->new1,kbd->new2,kbd->new3,kbd->new4,kbd->new5,kbd->new6,kbd->new7);static void *usb_kbd_probe(struct usb

21、_device *dev, unsigned int ifnum, const struct usb_device_id *id)struct usb_interface *iface;struct usb_interface_descriptor *interface;struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;struct usb_kbd *kbd;int pipe, maxp;iface = &dev->actconfig->interfaceifnum;interface = &iface->altsettingi

22、face->act_altsetting;if (dev->descriptor.idvendor != usb_hotkey_vendor_id) | (dev->descriptor.idproduct != usb_hotkey_product_id) | (ifnum != 1)return null;if (dev->actconfig->bnuminterfaces != 2)return null;if (interface->bnumendpoints != 1) return null;endpoint = interface->en

23、dpoint + 0;pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bendpointaddress);maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe);usb_set_protocol(dev, interface->binterfacenumber, 0);usb_set_idle(dev, interface->binterfacenumber, 0, 0);printk(kern_info "guo: vid = %.4x, pid = %.4x, device = %.2x, i

24、fnum = %.2x, bufcount = %.8xn", dev->descriptor.idvendor,dev->descriptor.idproduct,dev->descriptor.bcddevice, ifnum, maxp);if (!(kbd = kmalloc(sizeof(struct usb_kbd), gfp_kernel) return null;memset(kbd, 0, sizeof(struct usb_kbd);kbd->usbdev = dev;fill_int_urb(&kbd->irq, dev,

25、pipe, kbd->new, maxp > 8 ? 8 : maxp, usb_kbd_irq,kbd, endpoint->binterval); kbd->irq.dev = kbd->usbdev;if (dev->descriptor.imanufacturer) usb_string(dev, dev->descriptor.imanufacturer, kbd->name, 63);if (usb_submit_urb(&kbd->irq) kfree(kbd); return null; printk(kern_info "input%d: %s on usb%d:%d.%dn", kbd->dev.number, kbd->name, dev->bus->busnum, dev-&