Linux下的硬件驅(qū)動(dòng)—USB設(shè)備（下）

趙明, 聯(lián)想軟件設(shè)計(jì)中心嵌入式研發(fā)處系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師

USB骨架程序（usb-skeleton），是USB驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)它源碼的學(xué)習(xí)和理解，可以使我們迅速地了解USB驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，迅速地開(kāi)發(fā)我們自己的USB硬件的驅(qū)動(dòng)。
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前言

在上篇《 Linux下的硬件驅(qū)動(dòng)--USB設(shè)備（上）（驅(qū)動(dòng)配制部分）》中，我們知道了在Linux下如何去使用一些最常見(jiàn)的USB設(shè)備。但對(duì)于做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序員來(lái)說(shuō)，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們還需要具有驅(qū)動(dòng)程序的閱讀、修改和開(kāi)發(fā)能力。在此下篇中，就是要通過(guò)簡(jiǎn)單的USB驅(qū)動(dòng)的例子，隨您一起進(jìn)入U(xiǎn)SB驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的世界。

USB驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

在掌握了USB設(shè)備的配置后，對(duì)于程序員，我們就可以嘗試進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的USB驅(qū)動(dòng)的修改和開(kāi)發(fā)了。這一段落，我們會(huì)講解一個(gè)最基礎(chǔ)USB框架的基礎(chǔ)上，做兩個(gè)小的USB驅(qū)動(dòng)的例子。

USB骨架

在Linux kernel源碼目錄中driver/usb/usb-skeleton.c為我們提供了一個(gè)最基礎(chǔ)的USB驅(qū)動(dòng)程序。我們稱(chēng)為USB骨架。通過(guò)它我們僅需要修改極少的部分，就可以完成一個(gè)USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。我們的USB驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)也是從她開(kāi)始的。

那些linux下不支持的USB設(shè)備幾乎都是生產(chǎn)廠(chǎng)商特定的產(chǎn)品。如果生產(chǎn)廠(chǎng)商在他們的產(chǎn)品中使用自己定義的協(xié)議，他們就需要為此設(shè)備創(chuàng)建特定的驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)然我們知道，有些生產(chǎn)廠(chǎng)商公開(kāi)他們的USB協(xié)議，并幫助Linux驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，然而有些生產(chǎn)廠(chǎng)商卻根本不公開(kāi)他們的USB協(xié)議。因?yàn)槊恳粋€(gè)不同的協(xié)議都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序，所以就有了這個(gè)通用的USB驅(qū)動(dòng)骨架程序， 它是以pci 骨架為模板的。

如果你準(zhǔn)備寫(xiě)一個(gè)linux驅(qū)動(dòng)程序，首先要熟悉USB協(xié)議規(guī)范。USB主頁(yè)上有它的幫助。一些比較典型的驅(qū)動(dòng)可以在上面發(fā)現(xiàn)，同時(shí)還介紹了USB urbs的概念，而這個(gè)是usb驅(qū)動(dòng)程序中最基本的。

Linux USB 驅(qū)動(dòng)程序需要做的第一件事情就是在Linux USB 子系統(tǒng)里注冊(cè)，并提供一些相關(guān)信息，例如這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序支持那種設(shè)備，當(dāng)被支持的設(shè)備從系統(tǒng)插入或拔出時(shí)，會(huì)有哪些動(dòng)作。所有這些信息都傳送到USB 子系統(tǒng)中，在usb骨架驅(qū)動(dòng)程序中是這樣來(lái)表示的：

static struct usb_driver skel_driver = {
???? name:??????? "skeleton",
???? probe:?????? skel_probe,
???? disconnect:? skel_disconnect,
???? fops:??????? &skel_fops,
???? minor:?????? USB_SKEL_MINOR_BASE,
???? id_table:??? skel_table,
};

?
變量name是一個(gè)字符串，它對(duì)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行描述。probe 和disconnect 是函數(shù)指針，當(dāng)設(shè)備與在id_table 中變量信息匹配時(shí)，此函數(shù)被調(diào)用。

fops和minor變量是可選的。大多usb驅(qū)動(dòng)程序鉤住另外一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，例如SCSI，網(wǎng)絡(luò)或者tty子系統(tǒng)。這些驅(qū)動(dòng)程序在其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中注冊(cè)，同時(shí)任何用戶(hù)空間的交互操作通過(guò)那些接口提供，比如我們把SCSI設(shè)備驅(qū)動(dòng)作為我們USB驅(qū)動(dòng)所鉤住的另外一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，那么我們此USB設(shè)備的read、write等操作，就相應(yīng)按SCSI設(shè)備的read、write函數(shù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。但是對(duì)于掃描儀等驅(qū)動(dòng)程序來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有一個(gè)匹配的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以使用，那我們就要自己處理與用戶(hù)空間的read、write等交互函數(shù)。Usb子系統(tǒng)提供一種方法去注冊(cè)一個(gè)次設(shè)備號(hào)和file_operations函數(shù)指針，這樣就可以與用戶(hù)空間實(shí)現(xiàn)方便地交互。

USB骨架程序的關(guān)鍵幾點(diǎn)如下：

USB驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)和注銷(xiāo)
Usb驅(qū)動(dòng)程序在注冊(cè)時(shí)會(huì)發(fā)送一個(gè)命令給usb_register，通常在驅(qū)動(dòng)程序的初始化函數(shù)里。

當(dāng)要從系統(tǒng)卸載驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，需要注銷(xiāo)usb子系統(tǒng)。即需要usb_unregister 函數(shù)處理：

static void __exit usb_skel_exit(void)
{
?? /* deregister this driver with the USB subsystem */
?? usb_deregister(&skel_driver);
}
module_exit(usb_skel_exit);

?

當(dāng)usb設(shè)備插入時(shí)，為了使linux-hotplug（Linux中PCI、USB等設(shè)備熱插拔支持）系統(tǒng)自動(dòng)裝載驅(qū)動(dòng)程序，你需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)MODULE_DEVICE_TABLE。代碼如下（這個(gè)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_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID,
????? USB_SKEL_PRODUCT_ID) },
??? { }????????????????????? /* Terminating entry */
};
MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);

?
USB_DEVICE宏利用廠(chǎng)商ID和產(chǎn)品ID為我們提供了一個(gè)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)。當(dāng)系統(tǒng)插入一個(gè)ID匹配的USB設(shè)備到USB總線(xiàn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)會(huì)在USB core中注冊(cè)。驅(qū)動(dòng)程序中probe 函數(shù)也就會(huì)被調(diào)用。usb_device 結(jié)構(gòu)指針、接口號(hào)和接口ID都會(huì)被傳遞到函數(shù)中。

static void * skel_probe(struct usb_device *dev,
unsigned int ifnum, const struct usb_device_id *id)

驅(qū)動(dòng)程序需要確認(rèn)插入的設(shè)備是否可以被接受，如果不接受，或者在初始化的過(guò)程中發(fā)生任何錯(cuò)誤，probe函數(shù)返回一個(gè)NULL值。否則返回一個(gè)含有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序狀態(tài)的指針。通過(guò)這個(gè)指針，就可以訪(fǎng)問(wèn)所有結(jié)構(gòu)中的回調(diào)函數(shù)。

在骨架驅(qū)動(dòng)程序里，最后一點(diǎn)是我們要注冊(cè)devfs。我們創(chuàng)建一個(gè)緩沖用來(lái)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)，同時(shí)USB urb 被初始化，并且我們?cè)赿evfs子系統(tǒng)中注冊(cè)設(shè)備，允許devfs用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)我們的設(shè)備。注冊(cè)過(guò)程如下：

/* initialize the devfs node for this device