火龍果軟件LINUX設(shè)備驅(qū)動開發(fā)5

第五天課程USB協(xié)議基礎(chǔ)

嵌入式LinuxUSB子系統(tǒng)

日程

USB協(xié)議基礎(chǔ)USB總線簡介USB的定義

USB是UniversalSerialBus的縮寫,中文意思就是“通用串行總線”,是連接有USB接口的計算機外圍設(shè)備到計算機的一種計算機外部總線結(jié)構(gòu)

USB的開發(fā)背景制定了USB的規(guī)范：1．連接PC與電話。2．Plug-and-Play（即插即用）。3．端口擴展。USB提供雙向低成本低速到中速(USB2.0可達480Mb/s)的通用外設(shè)總線適用于連接各種各樣的外設(shè)并且易于擴展。

USB的變革

至目前為止，USB共經(jīng)歷以下幾次重大變革：

0.7版本

于1994年11月11日發(fā)布。是USB的最早版本。

1.0版本

于1995年11月13日制定發(fā)布了,規(guī)定USB具有2種傳輸速度

Low-speed1.5Mb/s,Full-speed12Mb/s。

1.1版本

于1998年9月23日制定了1.1規(guī)格版本,速度不變。

2.0(草案)版本

于1999年10月5日發(fā)布。制定了High-speed的概念，規(guī)格

。

2.0版本

于2000年4月27日發(fā)布。

USB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

USB的特點

1．USB為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。2．USB整個的系統(tǒng)只有一個端口和一個中；3．USB支持熱插拔(hotplug)；4．USB支持PNP；5．USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性；6．USB提供全速12Mbps的速率和低速1.5Mbps的速率來適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)；USB2.0還支持480Mbps的高速傳輸速率；7．USB2.0的High-speed模式支持音頻和視頻設(shè)備，可以保證其固定帶寬；8．為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型：控制傳輸，Bulk數(shù)據(jù)傳輸，中斷數(shù)據(jù)傳輸，同步數(shù)據(jù)傳輸。同步數(shù)據(jù)傳輸可為音頻和視頻等實時設(shè)備的實時數(shù)據(jù)傳輸提供固定帶寬。9．USB的端口具有很靈活的擴展性。一個USB端口串接上一個USBHub就可以擴展為多個USB端口。規(guī)范中說，USB可以擴展到127個外設(shè)端口。USB工作原理1、NRZI編碼

2、分組傳送

USB技術(shù)和IP技術(shù)一樣，都是基于分組傳送方式的。對USB總線來講，當(dāng)要傳送一個文件時，程序按照USB協(xié)議，首先把數(shù)據(jù)分成若干塊，然后在每塊數(shù)據(jù)前面添上同步信號、包標(biāo)識，后面添上CRC校驗，就形成了USB封包。一個文件可能可能有多個封包。全速USB總線把1毫秒作為一個時間幀，總線在一個幀內(nèi)依次傳送不同文件的封包。因此從宏觀上，就仿佛總線同時對不同的USB外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳送。

3、USB封包

根據(jù)信息包所實現(xiàn)的功能可分為3種類型：令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包。

令牌包定義了數(shù)據(jù)傳送的類型。比如圖所示。

USB傳輸方式1、USB的四種傳輸方式（1）同步(isochronous)方式傳輸同步傳輸提供了確定的帶寬和間隔時間，以固定的傳輸速率,連續(xù)不斷地在主機與USB設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù),在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時,USB并不處理這些錯誤,而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)，它被用于時間嚴(yán)格并具有較強容錯性的流數(shù)據(jù)傳輸或者用于要求恒定的數(shù)據(jù)傳輸率的即時應(yīng)用中。（2）中斷傳輸方式(Interrupt)該方式傳送的數(shù)據(jù)量很小,但這些數(shù)據(jù)需要及時處理,以達到實時效果。此方式主要用于定時查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸。（3）控制傳輸方式(Control)控制傳輸是雙向傳輸，數(shù)據(jù)量通常較小，用來處理主機到USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。包括設(shè)備控制指令、設(shè)備狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令。（4）批(Bulk)傳輸方式主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)大量傳輸和接受數(shù)據(jù)上，同時又沒有帶寬和間隔時間要求的情況下，要求保證傳輸正確無誤的數(shù)據(jù)。

2、USB設(shè)備類型USB設(shè)備列舉

在USB規(guī)范中有一個非常重要的“動作”或“過程”。這個動作將會讓PC機知道何種USB設(shè)備剛接上以及其所含的各種信息。這樣，PC機就可以與這個USB設(shè)備開始進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ髁?。這個動作稱之為設(shè)備列舉(enumeration)。1、USB描述符

在設(shè)備列舉過程中，USB設(shè)備向主機傳送了一個重要的信息，使主機知道了這個設(shè)備是“誰”，并啟動了該設(shè)備的驅(qū)動程序。這個信息就是USB描述符2、設(shè)備列舉

設(shè)備列舉包含兩方面的功能，一是主機搜集USB設(shè)備的信息，也就是USB描述符。另一個是主機根據(jù)USB描述符對設(shè)備進行配置，比如USB設(shè)備地址設(shè)置，USB設(shè)備各端點數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)置。日程安排嵌入式LinuxUSB子系統(tǒng)端點、接口、配置

端點：實際就是設(shè)備硬件上具有一定大小的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。接口：USBinterfaceshandleonlyonetypeofaUSBlogicalconnection,suchasamouse,akeyboard,oraaudiostream.一個接口對應(yīng)著一個功能。配置：AUSBdevicecanhavemultipleconfigurationsandmightswitchbetweentheminordertochangethestateofthedevice.USB的

Urbs

urb(USBrequestblock）：linux內(nèi)核與USB設(shè)備之間通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。URB的生命周期： 由USB設(shè)備驅(qū)動創(chuàng)建。 分配給某USB設(shè)備的特定端口。 由USB設(shè)備驅(qū)動程序提交給USB核。

USB核把URB提交給特定的USB主機驅(qū)動程序。

USB主機驅(qū)動程序?qū)RB傳送給USB設(shè)備。 當(dāng)URB通信完成，USB主機驅(qū)動通知USB設(shè)備驅(qū)動。結(jié)構(gòu)

structurb

structurb（參見源代碼）創(chuàng)建和銷毀

urbstructurb*usb_alloc_urb(intiso_packets,intmem_flags);

voidusb_free_urb(structurb*urb);初始化URB:voidusb_fill_int_urb(structurb*urb,structusb_device*dev,unsignedintpipe,void*transfer_buffer,intbuffer_length,usb_complete_tcomplete,void*context,intinterval);voidusb_fill_control_urb(structurb*urb,structusb_device*dev,unsignedintpipe,unsignedchar*setup_packet,void*transfer_buffer,intbuffer_length,usb_complete_tcomplete,void*context);

提交URBintusb_submit_urb(structurb*urb,intmem_flags);

完成

urb:完成回調(diào)處理三種情況會調(diào)用完成回調(diào)函數(shù)URB被成功發(fā)送到設(shè)備，并且設(shè)備返回正確回應(yīng)。在同設(shè)備通信時，發(fā)生一些錯誤。URB被USB核刪除。取消

urbintusb_kill_urb(structurb*urb);intusb_unlink_urb(structurb*urb);

編寫USB驅(qū)動程序

structusb_driver初始化示例：staticstructusb_driverskel_driver={.owner=THIS_MODULE,.name="skeleton",.id_table=skel_table,.probe=skel_probe,.disconnect=skel_disconnect,};注冊USB驅(qū)動程序

intusb_register(structusb_driver*new_driver)conststructusb_device_id*id_table示例：staticstructusb_device_idskel_table[]={ {USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID)},{}};探測和斷開USB設(shè)備

staticstructusb_driverskel_driver={.owner=THIS_MODULE,.name="skeleton",.id_table=skel_table,.probe=skel_probe,.disconnect=skel_disconnect,};提交和控制URB

驅(qū)動與設(shè)備通信的操作過程：usb_alloc_urb

usb_fill_bulk_urb

（其它類型用其它函數(shù)）usb_submit_urb

運行回調(diào)函數(shù)。不使用URB的USB傳輸

intusb_bulk_msg(structusb_device*usb_dev,unsignedintpipe,void*data,intlen,int*actual_length,inttimeout); intusb_control_msg(struc