Linux下的USB驱动设计Word文档下载推荐.docx

1、semaphore limit_sem;limiting number of writes in progress unsignedchar bulk_in_buffer;thebuffertoreceivedata size_t bulk_in_size;size receive buffer _u8 bulk_in_endpointAddr;address bulk endpoint bulk_out_endpointAddr;out kref kref;这里我们得补充说明一下一些 USB的协议规范细节。USB能够自动监测设备，并调用相应得驱动程式处理设备，所以其规范实际上是相当复杂的，幸

2、好，我们不必理会大部分细节问题，因为 Linux已提供相应的解决方案。就我目前的理解来说， USB的驱动分为两块，一块是 USB的 bus驱动，这个东西， Linux内核已做好了，我们能不管，但我们至少要了解他的功能。形象得说， bus驱动相当于铺出一条路来，让所有的信息都能通过这条 USB通道到达该到的地方，这部分工作由 usb_core来完成。当 USB设备接到 USB控制器接口时，usb_core就检测该设备的一些信息，例如生产厂商 ID和产品的 ID，或是设备所属的 class、subclass跟 protocol，以便确定应该调用哪一个驱动处理该设备。里面复杂细节我们不用管，我们要做

3、的是另一块工作 usb的设备驱动。也就是说，我们就等着 usb_core告诉我们要工作了，我们才工作。从研发人员的角度看，每一个 usb设备有若干个设置（configuration）组成，每个设置又能有多个接口（interface），每个接口又有多个设置 （setting图中没有给出），而接口本身可能没有端点或多个端点（end point）。USB的数据交换通过端点来进行，主机和各个端点之间建立起单向的管道来传输数据。而这些接口能分为四类：控制（control）用于设置设备、获取设备信息、发送命令或获取设备的状态报告中断（interrupt）USB宿主需求设备传输数据时，中断端点会以一个固定的

4、速率传送少量数据，还用于发送数据到 USB设备以控制设备，一般不用于传送大量数据。批量（bulk）用于大量数据的可靠传输，如果总线上的空间不足以发送整个批量包，他会被分割成多个包传输。等时（isochronous）大量数据的不可靠传输，不确保数据的到达，但确保恒定的数据流，多用于数据采集。Linux中用 usb_host_endpoint来描述 USB端点，每个 usb_host_endpoint中包含一个 usb_endpoint_descriptor结构体，当中包含该端点的信息及设备自定义的各种信息，这些信息包括：bEndpointAddress（b byte） 8位端点地址，其地址还隐藏

5、了端点方向的信息（之前说过，端点是单向的），能用掩码 USB_DIR_OUT和 USB_DIR_IN来确定。bmAttributes端点的类型，结合 USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK能确定端点是 USB_ENDPOINT_XFER_ISOC（等时）、 USB_ENDPOINT_XFER_BULK（批量）还是 USB_ENDPOINT_XFER_INT（中断）。wMaxPacketSize端点一次处理的最大字节数。发送的 BULK包能大于这个数值，但会被分割传送。bInterval如果端点是中断类型，该值是端点的间隔设置，以毫秒为单位。在逻辑上，一个 USB设备的功能划分是通

6、过接口来完成的。比如说一个 USB扬声器，可能会包括有两个接口：一个用于键盘控制，另外一个用于音频流传输。而事实上，这种设备需要用到不同的两个驱动程式来操作，一个控制键盘，一个控制音频流。但也有例外，比如蓝牙设备，需求有两个接口，第一用于 ACL跟 EVENT的传输，另外一个用于 SCO链路，但两者通过一个驱动控制。在 Linux上，接口使用 usb_interface来描述，以下是该结构体中比较重要的字段：usb_host_interface *altsetting（注意不是 usb_interface）其实据我理解，他应该是每个接口的设置，虽然名字上有点奇怪。该字段是个设置的数组（一个接口

7、能有多个设置），每个 usb_host_interface都包含一套由 usb_host_endpoint定义的端点设置。但这些设置次序是不定的。unsigned num_altstting可选设置的数量，即 altsetting所指数组的元素个数。*cur_altsetting当前活动的设置，指向 altsetting数组中的一个。int minor当捆绑到该接口的 USB驱动程式使用 USB主设备号时， USB core分配的次设备号。仅在成功调用 usb_register_dev之后才有效。除了他能用 usb_host_config来描述之外，到目前为止，我对设置的了解不多。而整个 US

8、B设备则能用 usb_device来描述，但基本上只会用他来初始化函数的接口，真正用到的应该是我们之前所提到的自定义的一个结构体。USB驱动框架分析（二）好，了解过 USB一些规范细节之后，我们目前来看看 Linux的驱动框架。事实上， Linux的设备驱动，特别是这种 hotplug的 USB设备驱动，会被编译成模块，然后在需要时挂在到内核。要写一个 Linux的模块并不复杂，以一个 helloworld为例：#include MODULE_LICENSE（“GPL”）;static hello_init（void） printk（KERN_ALERT “Hello World!n”）;re

9、turn 0; hello_exit（void） “GOODBYE!module_init（hello_init）;module_exit（hello_exit）;这个简单的程式告诉大家应该怎么写一个模块， MODULE_LICENSE告诉内核该模块的版权信息，非常多情况下，用 GPL或 BSD，或两个，因为一个私有模块一般非常难得到社区的帮助。module_init和 module_exit用于向内核注册模块的初始化函数和模块推出函数。如程式所示，初始化函数是 hello_init，而退出函数是 hello_exit。另外，要编译一个模块通常还需要用到内核源码树中的 makefile，所以模

10、块的 Makefile能写成：ifneq （$（KERNELRELEASE）,） obj-m:= hello.o#usb-dongle.o else KDIR:/usr/src/linux-headers-$（shell uname -r） BDIR:$（shellpwd） default:$（MAKE） -C $（KDIR） M=$（PWD） modules .PHONY:clean clean:make M=$（BDIR） endif能用 insmod跟 rmmod来验证模块的挂在跟卸载，但必须用 root的身份登陆命令行，用普通用户加 su或 sudo在 Ubuntu上的测试是不行的。U

11、SB驱动框架分析（三）下面分析一下 usb-skeleton的源码。这个范例程式能在 linux-2.6.17/drivers/usb下找到，其他版本的内核程式源码可能有所不同，但相差不大。大家能先找到源码看一看，先有个整体印象。之前已提到，模块先要向内核注册初始化跟销毁函数：_initusb_skel_init（void） result;register driver with subsystem result usb_register（&skel_driver）;if （result） err（usb_register failed. Error %d, result）;void _exi

12、tusb_skel_exit（void） deregister usb_deregister（&module_init （usb_skel_init）;module_exit （usb_skel_exit）;MODULE_LICENSE（GPL）;从代码开来，这个 init跟 exit函数的作用只是用来注册驱动程式，这个描述驱动程式的结构体是系统定义的标准结构 usb_driver,注册和注销的方法非常简单， usb_register（struct *usb_driver）, usb_deregister（struct *usb_driver）。那这个结构体需要做些什么呢？他要向系统提供几个函

13、数入口，跟驱动的名字：usb_driver skel_driver = .name skeleton.probe skel_probe, .disconnect skel_disconnect, .id_table skel_table, 从代码看来， usb_driver需要初始化四个东西：模块的名字 skeleton，probe函数 skel_probe,disconnect函数 skel_disconnect,及 id_table。在解释 skel_driver各个成员之前，我们先来看看另外一个结构体。这个结构体的名字有研发人员自定义，他描述的是该驱动拥有的所有资源及状态：我们先来对这个

14、 usb_skel作个简单分析，他拥有一个描述 usb设备的结构体 udev，一个接口 interface，用于并发访问控制的 semaphore（信号量） limit_sem，用于接收数据的缓冲 bulk_in_buffer及其尺寸 bulk_in_size，然后是批量输入输出端口地址 bulk_in_endpointAddr、 bulk_out_endpointAddr，最后是个内核使用的引用计数器。他们的作用我们将在后面的代码中看到。我们再回过头来看看 skel_driver。name用来告诉内核模块的名字是什么，这个注册之后有系统来使用，跟我们关系不大。id_table用来告诉内核该模

15、块支持的设备。usb子系统通过设备的 production ID和 vendor ID的组合或设备的 protocol的组合来识别设备，并调用相关的驱动程式作处理。我们能看看这个 id_table到底是什么东西：Define these values to match your devices #define USB_SKEL_VENDOR_ID 0xfff0 USB_SKEL_PRODUCT_ID table that work usb_device_id skel_table USB_DEVICE（USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID） , /*T

16、erminatingentry MODULE_DEVICE_TABLE （usb, skel_table）;MODULE_DEVICE_TABLE的第一个参数是设备的类型，如果是 USB设备，那自然是 usb（如果是 PCI设备，那将是 pci，这两个子系统用同一个宏来注册所支持的设备。这涉及 PCI设备的驱动了，在此先不深究）。后面一个参数是设备表，这个设备表的最后一个元素是空的，用于标识结束。代码定义了 USB_SKEL_VENDOR_ID是 0xfff0， USB_SKEL_PRODUCT_ID是 0xfff0，也就是说，当有一个设备接到集线器时， usb子系统就会检查这个设备的 pro

17、duct ID，如果他们的值是 0xfff0时，那么子系统就会调用这个 skeleton模块作为设备的驱动。USB驱动框架分析（四） probe是 usb子系统自动调用的一个函数，有 USB设备接到硬件集线器时，usb子系统会根据 protocol的组合来识别设备调用相应驱动程式的 probe（探测）函数，对于 skeleton来说，就是 skel_probe。系统会传递给探测函数一个 *跟一个 *作为参数。他们分别是该 USB设备的接口描述（一般会是该设备的第 0号接口，该接口的默认设置也是第 0号设置）跟他的设备 ID描述（包括 Vendor ID、Production ID等）。prob

18、e函数比较长，我们分段来分析这个函数：dev-udev usb_get_dev（interface_to_usbdev（interface）;在初始化了一些资源之后，能看到第一个关键的函数调用 interface_to_usbdev。他同 uo一个 usb_interface来得到该接口所在设备的设备描述结构。本来，要得到一个 usb_device只要用 interface_to_usbdev就够了，但因为要增加对该 usb_device的引用计数，我们应该在做usb_get_dev的操作，来增加引用计数，并在释放设备时用 usb_put_dev来减少引用计数。这里要解释的是，该引用计数值是对

19、该 usb_device的计数，并不是对本模块的计数，本模块的计数要由 kref来维护。所以， probe一开始就有初始化 kref。事实上，kref_init操作不单只初始化 kref，还将其置设成 1。所以在出错处理代码中有 kref_put，他把 kref的计数减 1，如果 kref计数已为 0，那么 kref会被释放。kref_put的第二个参数是个函数指针，指向一个清理函数。注意，该指针不能为空，或 kfree。该函数会在最后一个对 kref的引用释放时被调用（如果我的理解不准确，请指正）。下面是内核源码中的一段注释及代码：/* kref_put -decrement refcoun

20、t object. kref:release:pointer function will up object when last reference is released. Thispointerisrequired,anditisnotacceptabletopasskfree asthisfunction. Decrement refcount, and 0, call release（）. *Return1iftheobjectwasremoved,otherwisereturn0. Beware,ifthis returns you still can not count onthe

21、 from remaining *memory. Onlyusethereturnvalueifyouwanttoseeifthekrefisnow gone, present. kref_put（struct *kref, （*release）（struct *kref） WARN_ON（release = NULL）;（void （*）（struct *）kfree）;current isone, we are thelast user release right now, avoiding an atomic operation on refcount （atomic_read（&kref-refcount）