日期:2014-05-16  浏览次数:20767 次

Linux USB驱动工作流程

 

 

1. USB主机
在Linux驱动中,USB驱动处于最底层的是USB主机控制器硬件,在其之上运行的是USB主机控制器驱动,主机控制器之上为USB核心层,再上层为USB设备驱动层(插入主机上的U盘、鼠标、USB转串口等设备驱动)。

因此,在主机侧的层次结构中,要实现的USB驱动包括两类:USB主机控制器驱动和USB设备驱动,前者控制插入其中的USB设备后者控制USB设备如何与主机通信。Linux内核USB核心负责USB驱动管理和协议处理的主要工作。主机控制器驱动和设备驱动之间的USB核心非常重要,其功能包括:通过定义一些数据结构、宏和功能函数,向上为设备驱动提供编程接口,向下为USB主机控制器驱动提供编程接口;通过全局变量维护整个系统的USB设备信息;完成设备热插拔控制、总线数据传输控制等。

 

2. USB设备

Linux内核中USB设备侧驱动程序分为3个层次:UDC驱动程序、Gadget API和Gadget驱动程序。UDC驱动程序直接访问硬件,控制USB设备和主机间的底层通信,向上层提供与硬件相关操作的回调函数。当前Gadget API是UDC驱动程序回调函数的简单包装。Gadget驱动程序具体控制USB设备功能的实现,使设备表现出“网络连接”、“打印机”或“USB Mass Storage”等特性,它使用Gadget API控制UDC实现上述功能。Gadget API把下层的UDC驱动程序和上层的Gadget驱动程序隔离开,使得在Linux系统中编写USB设备侧驱动程序时能够把功能的实现和底层通信分离。

 

 3. 在USB设备组织结构中,从上到下分为设备(device)、配置(config)、接口(interface)和端点(endpoint)四个层次。USB设备程序绑定到接口上。
   对于这四个层次的简单描述如下:
      设备通常具有一个或多个的配置
      配置经常具有一个或多个的接口
      接口没有或具有一个以上的端点

 

4. USB通信最基本的形式是通过端点(USB端点分中断(Interrupt)、批量(Bulk)、等时(ISO)、控制(Control)四种,每种用途不同),USB端点只能往一个方向传送数据,从主机到设备或者从设备到主机,端点可以看作是单向的管道(pipe)。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已经安装了硬件。USB核心使用一个列表(是一个包含制造商ID和设备号ID的一个结构体)来判断对于一个设备该使用哪一个驱动程序,热插拨脚本使用它来确定当一个特定的设备插入到系统时该自动执行哪一个驱动程序的Probe。

 

5. 数据结构

1) USB设备:对应数据结构struct usb_device

2) 配置:struct usb_host_config (任一时刻,只能有一个配置生效)

3)USB接口:struct usb_interface (USB 核心将其传递给USB设备驱动,并由USB设备驱动负责后续的控制。一个USB接口代表一个基本功能,每个USB驱动控制一个接口。所以一个物理上的硬件设备可能需要 一个以上的驱动程序。)

4)端点: struct usb_host_endpoint ,它所包含的真实端点信息在另一个结构中:struct usb_endpoint_descriptor(端点描述符,包含所有的USB特定数据)。

 

6. USB端点分类

USB 通讯的最基本形式是通过一个称为端点的东西。一个USB端点只能向一个方向传输数据(从主机到设备(称为输出端点)或者从设备到主机(称为输入端点))。端点可被看作一个单向的管道。

USB 端点有 4 种不同类型, 分别具有不同的数据传送方式:

1) 控制CONTROL
控制端点被用来控制对USB设备的不同部分访问. 通常用作配置设备、获取设备信息、发送命令到设备或获取设备状态报告。这些端点通常较小。每个 USB 设备都有一个控制端点称为"端点 0", 被 USB 核心用来在插入时配置设备。USB协议保证总有足够的带宽留给控制端点传送数据到设备.

 

2)中断INTERRUPT
每当 USB 主机向设备请求数据时,中断端点以固定的速率传送小量的数据。此为USB 键盘和鼠标的主要的数据传送方法。它还用以传送数据到USB设备来控制设备。通常不用来传送大量数据。USB协议保证总有足够的带宽留给中断端点传送数据到设备.

3) 批量BULK
批量端点用以传送大量数据。这些端点通常比中断端点大得多. 它们普遍用于不能有任何数据丢失的情况。USB 协议不保证传输在特定时间范围内完成。如果总线上没有足够的空间来发送整个BULK包,它被分为多个包进行传输。这些端点普遍用于打印机、USB Mass Storage和USB网络设备上。

4) 等时ISOCHRONOUS
等时端点也批量传送大量数据, 但是这个数据被保证能送达。这些端点用在可以处理数据丢失的设备中,并且更多依赖于保持持续的数据流。如音频和视频设备等等。

控制和批量