協(xié)議一節(jié)驅(qū)動詳解

嵌入式電子工程師2第四章USB驅(qū)動34.1USB驅(qū)動層次結(jié)構(gòu)4課程目的了解USB驅(qū)動發(fā)展概況掌握USB驅(qū)動編譯掌握USB驅(qū)動架構(gòu)掌握USB驅(qū)動結(jié)構(gòu)體5課程內(nèi)容

USB驅(qū)動發(fā)展概況USB驅(qū)動編譯USB驅(qū)動架構(gòu)USB驅(qū)動結(jié)構(gòu)體64.1.1

USB驅(qū)動編譯7USB驅(qū)動編譯在講解USB驅(qū)動之前我們先感性認識USB驅(qū)動，首先我們編譯并安裝USB驅(qū)動進入linux源碼目錄運行命令makemenuconfig8USB驅(qū)動編譯9USB驅(qū)動編譯10USB驅(qū)動編譯11USB驅(qū)動編譯12USB驅(qū)動編譯13USB驅(qū)動編譯如果第一次編譯內(nèi)核，需要先執(zhí)行命令：makedep然后編譯內(nèi)核，執(zhí)行命令：makebzImage編譯模塊，執(zhí)行命令：makemodules14USB驅(qū)動編譯打開串口，進入vivi，將內(nèi)核燒錄到實驗箱上vivi〉loadflashkernelx燒錄完成后，啟動內(nèi)核，掛載NFS服務器拷貝linux源碼目錄中的drivers/usb/storage/usb-storage.o到開發(fā)板上15USB驅(qū)動編譯插入U盤觀察串口輸出插入USB大容量存儲驅(qū)動，使用命令：insmodusb-storage.olsmod察看再次插入U盤，觀察串口輸出使用命令mount/dev/scsi/host0/bus0/target0/lun0/part1/usr或者mount/dev/scsi/host0/bus0/target0/lun0/disc/usr16USB驅(qū)動編譯察看U盤內(nèi)容，執(zhí)行命令：ls/usr174.1.2

什么是USB接口18一、USB接口定義

USB是英文“Universal

Serial

Bus”的縮寫，意為“通用串行總線”。是由Compaq(康柏)、DEC、IBM、Intel、NEC、微軟以及Northern

（北方電訊）等公司于1994年11月共同提出的，主要目的就是為了解決接口標準太多的弊端USB使用一個4針插頭作為標準插頭，并通過這個標準接頭，采用菊花瓣形式把所有外設(shè)連接起來，它采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，目前最大數(shù)據(jù)傳輸率為12Mbps,

支持多數(shù)據(jù)流和多個設(shè)備并行操作，允許外設(shè)熱插拔19目前USB接口雖然只發(fā)展了2代（USB1.0/1.1，USB2.0），但是USB綜合了一個多平臺標準的所有優(yōu)點

--

包括降低成本，增加兼容性，可連接大量的外部設(shè)備，融合先進的功能和品質(zhì)。使其逐步成為PC接口標準，進入了高速發(fā)展期。

204.1.3

USB拓撲結(jié)構(gòu)21USB拓撲結(jié)構(gòu)一個USB系統(tǒng)由一個USB主機、一個或多個USB集線器和一個或多個USB設(shè)備節(jié)點組成。在USB總線上，USB會為每個連接在USB設(shè)備分配一個地址，USB主機通過設(shè)備地址訪問相關(guān)的設(shè)備USB總線連接了USB設(shè)備和USB主機，USB的物理連接是由層次性的星型結(jié)構(gòu)集線器能夠增加外設(shè)的端口數(shù)22USB拓撲結(jié)構(gòu)在任何USB系統(tǒng)中僅有一臺主機（Host）。主機系統(tǒng)中的USB接口稱為主機控制器USB主機通過主機控制器與USB設(shè)備進行交互。USB主機負責的任務包括：檢測USB設(shè)備的連接和拆除管理主機和USB設(shè)備之間的控制流管理主機和USB設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流收集狀態(tài)和活動的統(tǒng)計為連接的USB設(shè)備提供電源23USB拓撲結(jié)構(gòu)244.1.4USB驅(qū)動層次25USB驅(qū)動層次Linux中的USB驅(qū)動分為兩部分，一部分為設(shè)備端驅(qū)動，一部分為控制器端驅(qū)動。之所以USB驅(qū)動需要分為設(shè)備端和主控制端是因為USB本身分為USB從設(shè)備和USB主設(shè)備。USB設(shè)備端驅(qū)動主要用于linux運行在USB設(shè)備中，比如運行l(wèi)inux的手機大多數(shù)可以作為U盤連接到電腦交換數(shù)據(jù)。USB主控制端驅(qū)動用于連接USB設(shè)備的的主機中，比如安裝了linux的電腦。26USB驅(qū)動層次27USB驅(qū)動層次對于USB設(shè)備端驅(qū)動一般都固化在USB設(shè)備中，有制造USB設(shè)備的廠家提供。我們這里主要探討USB主控制器端的驅(qū)動。28USB驅(qū)動層次29USB驅(qū)動層次HostControlDriver位于USB主控制器端驅(qū)動的最底層，它對硬件進行了抽象，向上提供操作USB控制器接口，這一層在linux2.6中被單獨放在host目錄中，主要用于處理各大廠商USB控制器的不同之處，當把USB驅(qū)動移植到一個新的平臺時需要完成這個驅(qū)動程序。30USB驅(qū)動層次31USB驅(qū)動層次USBCore屬于設(shè)備無關(guān)層，不需要做任何修改，在這個層次中主要完成定義關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、宏和功能函數(shù)，USB協(xié)議轉(zhuǎn)換等核心操作。USBCore在整個USB驅(qū)動中處于核心地位，向下控制USB控制器的數(shù)據(jù)傳輸，向上支持各種各樣的USB設(shè)備。USBDriver對應各種特定的USB設(shè)備，比如U盤，USB鍵盤，USB音箱等，USBDriver使用USBCore提供的服務完成USB設(shè)備的最終驅(qū)動。32USB驅(qū)動層次33USB驅(qū)動層次USBdriver與最終的具體USB設(shè)備一一對應。例如USB鍵盤，U盤，USB音箱等USB開發(fā)主要集中在此層次中344.1.3

USB設(shè)備邏輯層次35USB設(shè)備邏輯層次在USB設(shè)備的邏輯組織中，包含設(shè)備、配置、接口、端點4個層次36USB設(shè)備邏輯層次37設(shè)備描述符這里設(shè)備指的是USBdevice指物理上不可分離的一個整體,比如一個帶音箱的鍵盤這是一個整體的概念，并不與具體USB設(shè)備對應38設(shè)備描述符設(shè)備描述符：關(guān)于設(shè)備的通用信息，如供應商的ID、產(chǎn)品ID、修訂ID等設(shè)備描述符使用usb_device_descriptor結(jié)構(gòu)體進行描述usb_device_descriptor結(jié)構(gòu)體在\include\linux\usb\ch9.h中39設(shè)備描述符40USB設(shè)備邏輯層次41USB設(shè)備邏輯層次每個USB設(shè)備都提供了不同級別的配置信息。可以包含一個或多個配置信息，不同的配置使設(shè)備表現(xiàn)出不同的功能組合，配置由多個接口組成42USB設(shè)備邏輯層次配置描述符主要用來描述接口數(shù)、支持的掛起和恢復能力以及功率要求USB配置描述符由結(jié)構(gòu)體usb_config_descriptor表示結(jié)構(gòu)usb_config_descriptor在\include\linux\usb\ch9.h中43USB設(shè)備邏輯層次44USB設(shè)備邏輯層次45USB設(shè)備邏輯層次接口與USBdriver一一對應，一個接口代表一個USB功能，有的USB設(shè)備可能有多個接口，比如一個USB鍵盤上有一個小音箱，這個USB設(shè)備就要包含USB鍵盤和USB音箱兩個接口。接口由多個端點構(gòu)成46USB設(shè)備邏輯層次接口描述符：接口類、子類和適用的協(xié)議，接口備用配置的數(shù)目和端點數(shù)目USB接口描述符由結(jié)構(gòu)體usb_interface_descriptor描述結(jié)構(gòu)體usb_interface_descriptor定義在\include\linux\usb\ch9.h中47USB設(shè)備邏輯層次48USB設(shè)備邏輯層次49USB設(shè)備邏輯層次端點是USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罨拘问?，主機只能通過端點與USB設(shè)備進行通訊。在USB設(shè)備中每個端點都是在出廠前就設(shè)置好的，而且端點數(shù)的多少是衡量一個USB設(shè)備的重要標準。在USB系統(tǒng)中每個端點都有唯一的地址，這是有設(shè)備地址和端點號給出的，每個端點都有一定的屬性，一個USB端點只能在一個方向承載數(shù)據(jù)，因此端點可看作一個單向的通道。端點0默認作為控制端點，所有的USB設(shè)備都要實現(xiàn)端點0。當USB設(shè)備連接到USB控制器以后，USB控制器會向USB設(shè)備的端點0發(fā)送配置信息完成對USB設(shè)備的枚舉。50USB設(shè)備邏輯層次一個USB端點只能在一個方向承載數(shù)據(jù)，或者從主機到設(shè)備(稱為輸出端點)或者從設(shè)備到主機(稱為輸入端點)端點可看作一個單向的管道，因此一個具有輸入輸出的USB設(shè)備（如U盤）至少要實現(xiàn)三個端點，即0號控制端點、輸入端點、輸出端點。51USB設(shè)備邏輯層次端點描述符：端點地址、方向和類型，如果是中斷類型的端點則還包括輪詢頻率端點描述符使用結(jié)構(gòu)體usb_endpoint_descriptor進行描述結(jié)構(gòu)體usb_endpoint_descriptor定義在\include\linux\usb\ch9.h中52USB設(shè)備邏輯層次534.1.4

USB傳輸類型54USB傳輸類型USB端點有4種類型，用來描述數(shù)據(jù)如何被傳送控制端點中斷端點塊端點同步端點55控制端點控制端點被用來允許對USB設(shè)備的不同部分存取。通常用作配置設(shè)備，獲取關(guān)于設(shè)備的信息，發(fā)送命令到設(shè)備，或者獲取關(guān)于設(shè)備的狀態(tài)報告?？刂贫它c在尺寸上常常較?。ㄖ敢淮慰蓚魉偷淖址^少）。每個USB設(shè)備有一個控制端點稱為“端點0”，被USBCore用來在插入時配置設(shè)備。這些傳送由USB協(xié)議保證來總有足夠的帶寬使它到達設(shè)備。56中斷端點中斷端點傳送小量的數(shù)據(jù)，在每次USB主請求設(shè)備數(shù)據(jù)時，以固定的速率傳送中斷端點傳送對USB鍵盤和鼠標來說是主要的傳送方法中斷端點傳送還用來傳送數(shù)據(jù)到USB設(shè)備來控制設(shè)備，但通常不用來傳送大量數(shù)據(jù)中斷端點傳送由USB協(xié)議保證來總有足夠的帶寬使它到達設(shè)備57塊端點塊端點傳送大量的數(shù)據(jù)，這些端點常常比中斷端點大(它們一次可持有更多的字符)。塊端點主要用于傳送不能有任何數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)。這些傳送不被USB協(xié)議保證來一直使它在特定時間范圍內(nèi)完成。如果總線上沒有足夠的空間來發(fā)送整個BULK報文，它被分為多次傳送到或者從設(shè)備。塊端點普遍在打印機，存儲器和網(wǎng)絡設(shè)備上。58同步端點同步端點也傳送大量數(shù)據(jù)，但是這個數(shù)據(jù)常常不被保證它完成同步端點用在可以處理數(shù)據(jù)丟失的設(shè)備中，并且更多依賴于保持持續(xù)的數(shù)據(jù)流同步端點主要用于實時數(shù)據(jù)收集，例如音頻和視頻設(shè)備，一直都使用這些端點。594.1.5

device、bus、driver60Linux設(shè)備模型Linux設(shè)備模型中三個很重要的概念就是總線、設(shè)備、驅(qū)動即bus、device、driverLinux內(nèi)核中實際定義了這么一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)structbus_typestructdevicestructdevice_driver這三個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都來自一個地方include/linux/device.h61總線、設(shè)備、驅(qū)動structbus_type中為devices和drivers準備了兩個鏈表代表device的結(jié)構(gòu)體structdevice中有兩個成員structbus_type*bus和structdevice_driver*driver代表driver的結(jié)構(gòu)體structdevice_driver同樣有兩個成員structbus_type*buf和structdevice*device三者互相關(guān)聯(lián)，知道一個結(jié)構(gòu)體可以迅速找到其他兩個62總線、設(shè)備、驅(qū)動busdriverdevice63USB總線、設(shè)備、驅(qū)動USB總線、設(shè)備、驅(qū)動三者的關(guān)系與普通驅(qū)動相同usbcore的代碼進行整個USB系統(tǒng)的初始化，比如申請strcutbus_typeusb_bus_type,然后會掃描usb總線，看線上連接了哪些設(shè)備，最終把usb_bus_type中的devices鏈表建立起來對于drivers鏈表，就不需要bus方面主動了，當每個driver模塊加載時，driver本身去bus上面登記644.1.5

USBdriver65USBdriver在linux內(nèi)核中，適用一個usb_d