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嵌入式Linux USB驱动开发之教你一步步编写USB驱动程序

嵌入式Linux USB驱动开发之教你一步步编写USB驱动程序

编写与一个USB设备驱动程序的方法和其他总线驱动方式类似,驱动程序把驱动程序对象注册到USB子系统中,稍后再使用制造商和设备标识来判断是否安装了硬件。当然,这些制造商和设备标识需要我们编写进USB 驱动程序中。

 

USB 驱动程序依然遵循设备模型 —— 总线、设备、驱动。和I2C 总线设备驱动编写一样,所有的USB驱动程序都必须创建的主要结构体是 struct usb_driver,它们向USB 核心代码描述了USB 驱动程序。但这是个外壳,只是实现设备和总线的挂接,具体的USB 设备是什么样的,如何实现的,比如一个字符设备,我们还需填写相应的文件操作接口 ,下面我们从外到里进行剖析,学习如何搭建这样的一个USB驱动外壳框架:

 

一、注册USB驱动程序

 

Linux的设备驱动,特别是这种hotplugUSB设备驱动,会被编译成模块,然后在需要时挂在到内核。所以USB驱动和注册与正常的模块注册、卸载是一样的,下面是USB驱动的注册与卸载:

[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设备驱动的模块加载函数通用的方法是在I2C设备驱动的模块加载函数中使用usb_registerstruct *usb_driver)函数添加usb_driver的工作,而在模块卸载函数中利用usb_deregisterstruct *usb_driver)做相反的工作。 对比I2C设备驱动中的 i2c_add_driver(&i2c_driver)i2c_del_driver(&i2c_driver)

 

struct usb_driverUSB设备驱动,我们需要实现其成员函数:

[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. };      

 

从代码看来,usb_driver需要初始化五个字段:

模块的所有者 THIS_MODULE
模块的名字  skeleton
probe函数   skel_probe
disconnect函数skel_disconnect
id_table

 

最重要的当然是probe函数与disconnect函数,这个在后面详细介绍,先谈一下id_table

 

id_table struct usb_device_id 类型,包含了一列该驱动程序可以支持的所有不同类型的USB设备。如果没有设置该变量,USB驱动程序中的探测回调该函数将不会被调用。对比I2Cstruct i2c_device_id *id_table,一个驱动程序可以对应多个设备,i2c 示例:

[cpp] view plain copy

1. static const struct i2c_device_id mpu6050_id[] = {      

2.     { "mpu6050", 0},      

3.     {}      

4. };    

 

usb子系统通过设备的production IDvendor ID的组合或者设备的classsubclassprotocol的组合来识别设备,并调用相关的驱动程序作处理。我们可以看看这个id_table到底是什么东西:

[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的第一个参数是设备的类型,如果是USB设备,那自然是usb。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_ID0xfff0USB_SKEL_PRODUCT_ID0xfff0,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vendor IDproduct ID,如果它们的值是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,或者是设备所属的classsubclassprotocol,以便确定应该调用哪一个驱动处理该设备。  
 

我们下面所要做的就是对probe函数与disconnect函数的填充了,但是在对probe函数与disconnect函数填充之前,有必要先学习三个重要的数据结构,这在我们后面probe函数与disconnect函数中有很大的作用:

 

二、USB驱动程序中重要数据结构

 

1usb-skeleton

 

usb-skeleton 是一个局部结构体,用于与端点进行通信。下面先看一下Linux内核源码中的一个usb-skeleton(就是usb驱动的骨架咯),其定义的设备结构体就叫做usb-skel

[cpp] view plain copy

1. struct usb_skel {     

2.      struct usb_device *udev;                 /* the usb device for this device */     

3.      struct usb_inte**ce  *inte**ce;            /* the inte**ce 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. };    

 

他拥有:

描述usb设备的结构体udev
一个接口inte**ce
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
用于接收数据的缓冲尺寸bulk_in_size
批量输入端口地址bulk_in_endpointAddr
批量输出端口地址bulk_out_endpointAddr
内核使用的引用计数器

 

从开发人员的角度看,每一个usb设备有若干个配置(configuration)组成,每个配置又可以有多个接口(inte**ce)(我理解就是USB设备的一项功能),每个接口又有多个设置,而接口本身可能没有端点或者多个端点(end point

 

2USB 接口数据结构 struct usb_inte**ce

[cpp] view plain copy

1. struct usb_inte**ce    

2. {             

3.          struct usb_host_inte**ce *altsetting;     

4.          struct usb_host_inte**ce *cur_altsetting;          

5.          unsigned num_altsetting;             

6.          int minor;                          

7.          enum usb_inte**ce_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. };    

 

在逻辑上,一个USB设备的功能划分是通过接口来完成的。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序来操作,一个控制键盘,一个控制音频流。但也有例外,比如蓝牙设备,要求有两个接口,第一用于ACLEVENT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struct usb_inte**ce来描述,以下是该结构体中比较重要的字段:

a -- struct usb_host_inte**ce *altsetting(注意不是usb_inte**ce

 

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。该字段是一个设置的数组(一个接口可以有多个设置),每个usb_host_inte**ce都包含一套由struct usb_host_endpoint定义的端点配置。但这些配置次序是不定的。


b -- struct usb_host_inte**ce *cur_altsetting

       当前活动的设置,指向altsetting数组中的一个

struct usb_host_inte**ce数据结构:

[cpp] view plain copy

1. struct usb_host_inte**ce     

2. {    

3.          struct usb_inte**ce_descriptor desc;//usb描述符,主要有四种usb描述符,设备描述符,配置描述符,接口描述符和端点描述符,协议里规定一个usb设备是必须支持这四大描述符的信盈达嵌入式要领吧五六零五四五吧    

4.                                  //usb描述符放在usb设备的eeprom里边    

5.          /* array of desc.bNumEndpoint endpoints associated with this  

6.           * inte**ce setting. these will be in no particular order.  

7.           */    

8.          struct usb_host_endpoint *endpoint;//这个设置所使用的端点    

9.     

10.          char *string;           /* iInte**ce string, if present */    

11.          unsigned char *extra;   /* Extra descriptors */关于额外描述符    

12.          int extralen;    

13. };    

c -- unsigned num_altstting

 

可选设置的数量,即altsetting所指数组的元素个数

 

d -- int minor

 

 当**到该接口的USB驱动程序使用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。  

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