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嵌入式Linux下USB驱动程序的设计

时间:10-08 来源:互联网 点击:

一、引言

USB(Universal Serial Bus)即通用串行总线,是一种全新的双向同步传输的支持热插拔的数据传输总线,其目的是为了提供一种兼容不同速度的、可扩充的并且使用方便的外围设备接口,同时也是为了解决计算机接口的太多的弊端而设计的。一个USB系统主要有三部分组成:USB互连、USB主机、USB设备三部分组成的,其结构如图1所示。在编写USB设备驱动程序设计时,可以分为三部分编写:主机端设备驱动程序、主机控制器驱动程序设计和设备端驱动程序三部分,在本文中重点介绍主机端驱动程序的设计。

二、USB设备驱动程序的设计

USB设备驱动程序的设计包括主机端设备驱动程序设计、主机控制器驱动程序设计和设备端驱动程序设计三部分组成。主机端设备驱动程序就是通常说的设备驱动程序,它是主机环境中为用户应用程序提供一个访问USB外设的接口。Linux为这部分驱动程序提供编程接口,驱动程序设计者只要按照需求编写驱动程序框架,通过调用操作系统提供的API接口函数可以完成对USB外设的特定访问。

主机控制驱动主要是对USB主机控制器的驱动,在大多数PC环境下,主机控制器都是由操作系统提供。嵌入式设备一般都没有USB主机控制器,只是工作在Slave模式下。如果要使USB具有主机功能,那么设备中需要选用一个带主机控制器的USB接口控制芯片, 同时自己还要有实现该主机控制器的驱动程序。目前Linux内核中只提供USB主机控制器的开放主机控制器和通用主机控制器接口两种规格,而这两种规格主要用在PC架构中。USB主机端驱动程序与主机控制器的结构如图2所示。其中USB核是Linux的一个子模块,集中定义了一组USB相关的数据结构、宏以及API函数。

USB设备驱动程序是常说的设备固件程序的一部分,提供设备信息与主机的通信接口。设备端USB驱动程序设计由以下几部分处理程序组成。初始化例程:完成描述符指针、端点、配置改变等操作。数据传输例程:完成控制传输、批量传输、中断传输及同步传输等传输方式下的数据收发工作。标准设备处理请求:处理标准设备请求。厂商请求处理:处理生产商指定请求。其他操作:处理主机发出的端口复位、配置改变等操作。

1.USB设备驱动程序框架

USB驱动程序首先要向Linux内核注册自己,并告诉系统它所支持的设备类型以及它所支持的操作。这些信息通过一个usb_driver结构来传递。usb_driver结构如下:

static struct usb_driver skel_driver = {

name: "skeleton";/*驱动程序的名称*/

probe: skel_probe; /*设备列举时被调用*/

disconnect: skel_disconnect; /*设备被卸载时被调用*/

fops: skel_fops; /*指向一个file_operation结构,内核通过它来访问驱动程序的文件操作函数,与用户程序的read、write等操作进行交互*/

minor USB_SKEL_MINOR_BASE; /*指向设备的次设备号,用于系统识别主设备号相同的设备(即一个驱动程序可以同时支持多个USB设备*/

id_table: skel_table; /*保存设备的厂商ID和产品ID,作为该设备的唯一标识,驱动程序向系统注册后,当下次插入时,系统根据这个标识查找正确的驱动程序,实现设备的即插即用*/

};

static struct file_operation skel_fops={

{

owner:THIS_MODULE,

read:skel_read,

write:skel_write,

ioctl:skel_ioctl,

open:skel_open,

release:skel_release,

};

(1)注册和注销

USB驱动程序注册,就是把在初始化函数中填好的use_driver结构作为参数传递给

use_register()函数即可,函数的调用方法为:

result=usb_register(skel_driver);

当要从系统卸载驱动程序时,也是将use_driver结构作为参数传递给usb_deregister 函数处理。 函数的调用格式为:

static void __exit usb_skel_exit(void)

{ /* deregister this driver with the USB subsystem */

usb_deregister(skel_driver);

}

module_exit(usb_skel_exit);

当USB设备插入时,为了使linux-hotplug(Linux中PCI、USB等设备热插拔支持)系统自动装载驱动程序,需要创建一个MODULE_DEVICE_TABLE。核心代码如下(这个模块仅支持某一特定设备):

/* table of devices that work with this driver */

static struct usb_device_id skel_table [] = {

{ USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID,

USB_SKEL_PRODUCT_ID) },

{ } /* Terminating entry */

};

MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);

USB_DEVICE宏利用厂商ID和产品ID提供了一个设备的唯一标识。当系统插入一个ID匹配的USB设备到USB总线时,驱动会在USB core中注册,驱动程序中probe 函数也就会被调用。usb_device 结构指针、接口

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