基于Linux的USB從設(shè)備驅(qū)動研究-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯基于Linux的USB從設(shè)備驅(qū)動研究-基礎(chǔ)電子0引言

USB是英文UniversalSerialBus的縮寫，意為通用串行總線。USB是一種快速、雙向、同步、低成本、動態(tài)可連接的串行接口。USB現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各種設(shè)備上，尤其是手持設(shè)備，幾乎都采用了USB接口?，F(xiàn)在，USB即可用來與其他設(shè)備連接后高速地傳遞數(shù)據(jù)，又可用來充電，使手持設(shè)備可以發(fā)揮U盤、MODEM、無線網(wǎng)卡等作用。

事實(shí)上，USB只是主機(jī)和外圍設(shè)備之間的連接。如何來促使這種連接發(fā)揮作用，就需要驅(qū)動程序。驅(qū)動程序主要解決硬件“需要提供什么功能”以及“如何使用這些功能”。在linux系統(tǒng)中，USB設(shè)備可以作為主機(jī)使用，也可作為從設(shè)備使用。對應(yīng)的USB驅(qū)動程序有兩種主要的類型：宿主系統(tǒng)上的驅(qū)動程序和設(shè)備上的驅(qū)動程序。從宿主的觀點(diǎn)來看(例如普通的左桌面計算機(jī))，宿主系統(tǒng)的USB驅(qū)動程序控制插入其中的USB設(shè)備，而USB設(shè)備的驅(qū)動程序則控制該設(shè)備如何作為一個USB設(shè)備和主機(jī)通信。

1USB設(shè)備基礎(chǔ)

USB設(shè)備的構(gòu)成包括配置接口和端點(diǎn)，以及USB驅(qū)動程序如何綁定到USB接口上。端點(diǎn)是USB通信基本的形式，USB端點(diǎn)只能是往一個方向傳送數(shù)據(jù)，即從主機(jī)到設(shè)備(稱為輸出端點(diǎn))或者從設(shè)備到主機(jī)(稱為輸入端點(diǎn))，故可以看作是單向管道。USB有四種不同的類型，分別對應(yīng)不同的傳輸類型：控制、中斷、批量、等時。其次接口，USB端點(diǎn)被綁定即為接口。USB的一個接口只處理一種USB邏輯連接；一個USB設(shè)備可以有多個接口，不同的接口可以代表不同的功能，因此，功能不同的USB接口需要不同的驅(qū)動程序。另外就是配置，USB接口本身被綁定為配置。一個USB設(shè)備可以有多個配置，而且可以在配置之間切換以改變設(shè)備的狀態(tài)；一個時刻只能激活一個配置，怛一個配置通常具有一個或者更多的接口。

USB設(shè)備可由許多不同的邏輯單元組成，實(shí)際上，也就是這三種邏輯單元組合而成的。Linux內(nèi)核中的USB代碼一般要用URB(usbrequstblock)與USB設(shè)備通信。URB用structurb結(jié)構(gòu)體描述，它能以一種異步的方式往／從特定的USB端點(diǎn)發(fā)送／接收數(shù)據(jù)。USB設(shè)備驅(qū)動程序可能會為單個端點(diǎn)分配許多的URB，也可能對許多不同的端點(diǎn)重用單個URB，這取決于驅(qū)動的需要。當(dāng)USB驅(qū)動程序只發(fā)送或接收一些簡單的USB數(shù)據(jù)時，可以使用兩個很簡單的接口函數(shù)：usb_bulk_msg、usb_control_msg。

2USB設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)

圖1所示是Linux環(huán)境下USB驅(qū)動的總體結(jié)構(gòu)。從圖l中可以看到：在主機(jī)側(cè)層次結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)USB驅(qū)動有兩類方式：USB主機(jī)控制器驅(qū)動和USB設(shè)備驅(qū)動；USB主機(jī)控制驅(qū)動主要控制插入其中的USB設(shè)備，主機(jī)控制器可以分為三類，分別對應(yīng)于三種USB主控制器；USB設(shè)備驅(qū)動則用于控制USB設(shè)備如何與主機(jī)通信；USB負(fù)責(zé)USB驅(qū)動管理和協(xié)議處理的主要工作。

USB向上可為設(shè)備驅(qū)動提供編程接口，向下可為USB主機(jī)控制器驅(qū)動提供編程接口；它可以通過全局變量維護(hù)整個系統(tǒng)的USB設(shè)備信息，從而完成設(shè)備的熱插拔控制和總線數(shù)據(jù)傳輸控制等驅(qū)動。

另外，在從設(shè)備側(cè)，Linux內(nèi)核中的USB設(shè)備側(cè)驅(qū)動程序可分為3個層次：USB設(shè)備控制器(UDC)驅(qū)動程序、GadgetAPI和Gadget驅(qū)動程序；UDC驅(qū)動程序可直接訪問硬件，控制USB設(shè)備和主機(jī)間的底層通信，并向上層提供和硬件相關(guān)的操作回調(diào)函數(shù)。不同的設(shè)備控制器硬件有不同的設(shè)備控制器驅(qū)動程序；Gadget驅(qū)動主要控制USB設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)，它使用GadgetAPI傳遞控制信息給UDC驅(qū)動程序，以便實(shí)現(xiàn)具體功能。

GadgetAPI是設(shè)備控制器的控制功能抽象接口，Gadget驅(qū)動程序可以試用GadgetAPI，它可以把下層的UDC驅(qū)動程序和上層Gadget驅(qū)動程序相隔離，以使得在linux系統(tǒng)中編寫USB設(shè)備側(cè)驅(qū)動程序時，能夠把功能的實(shí)現(xiàn)和底層通信相分離。

如果要在S3c24．10上實(shí)現(xiàn)大存儲類從設(shè)備，則需要運(yùn)行file_storage．c和s3c2410_udc．c這兩個驅(qū)動程序。file_stoarge．c具體控制USB設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)，它使用GadgetAPI來控制s3c2410．c以實(shí)現(xiàn)其功能。s3c2410．c驅(qū)動程序可直接訪問硬件，以控制USB設(shè)備和主機(jī)間的底層通信，同時向上層提供和硬件相關(guān)操作的回調(diào)函數(shù)。

3USB從設(shè)備驅(qū)動

驅(qū)動程序完成的功能包括初始化設(shè)備、為各類設(shè)備提供服務(wù)、負(fù)責(zé)內(nèi)核與設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換、以及檢測和處理設(shè)備工作過程中出現(xiàn)的錯誤等。

基于完成這些功能，每個驅(qū)動程序都需要注冊和注銷，這樣，內(nèi)核才能知道有這個驅(qū)動的存在或者驅(qū)動的卸載。下面是兩個基本的模塊：

module_init(usb_skel_init)；

module_exit(usb_skel_exit)；

對于USB從設(shè)備而言，結(jié)構(gòu)USB_gadget就可以代表。Gadget通過“Gadget驅(qū)動程序”來實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能，處理所有的USB配置和接口。通過操作函數(shù)集，Gadget驅(qū)動程序與硬件特定代碼間接通信。它將Gadget驅(qū)動程序與那個硬件細(xì)節(jié)隔開，并通過I／O隊(duì)列包裝硬件端點(diǎn)?！皍sb_gadget”“usb_ep”接口則可提供對硬件的隔離。

其結(jié)構(gòu)usb＿gadget的代碼如下：

結(jié)構(gòu)usb_gadget_ops是USB設(shè)備控制期的設(shè)備控制函數(shù)集，其操作包括get_frames、wakeup、pullop、ioctl等。結(jié)構(gòu)structusb_ep是USB端點(diǎn)從設(shè)備側(cè)的代表，總線控制器驅(qū)動程序中列出了在gadget－ep_list里所有的通用端點(diǎn)，但控制端點(diǎn)不在列表中，它僅在回應(yīng)驅(qū)動程序的setup0回調(diào)函數(shù)時才被訪問，其代碼如下：

4結(jié)束語

本文主要通過在S3C2401上實(shí)現(xiàn)USB從設(shè)備的驅(qū)動程序，介紹了USB從設(shè)備驅(qū)動的研究方法。Linux作為一個開源操作系統(tǒng)，設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)有著其它操作系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢，大量的開放源代碼無