Linux下的硬件驅動—USB設備（下）

趙明, 聯(lián)想軟件設計中心嵌入式研發(fā)處系統(tǒng)設計工程師

USB骨架程序（usb-skeleton），是USB驅動程序的基礎，通過對它源碼的學習和理解，可以使我們迅速地了解USB驅動架構，迅速地開發(fā)我們自己的USB硬件的驅動。
*****START RESERVED FOR FUTURE USE INCLUDE FILES-->***** include java script once we verify teams wants to use this and it will work on dbcs and cyrillic characters -->*****END RESERVED FOR FUTURE USE INCLUDE FILES-->
前言

在上篇《 Linux下的硬件驅動--USB設備（上）（驅動配制部分）》中，我們知道了在Linux下如何去使用一些最常見的USB設備。但對于做系統(tǒng)設計的程序員來說，這是遠遠不夠的，我們還需要具有驅動程序的閱讀、修改和開發(fā)能力。在此下篇中，就是要通過簡單的USB驅動的例子，隨您一起進入USB驅動開發(fā)的世界。

USB驅動開發(fā)

在掌握了USB設備的配置后，對于程序員，我們就可以嘗試進行一些簡單的USB驅動的修改和開發(fā)了。這一段落，我們會講解一個最基礎USB框架的基礎上，做兩個小的USB驅動的例子。

USB骨架

在Linux kernel源碼目錄中driver/usb/usb-skeleton.c為我們提供了一個最基礎的USB驅動程序。我們稱為USB骨架。通過它我們僅需要修改極少的部分，就可以完成一個USB設備的驅動。我們的USB驅動開發(fā)也是從她開始的。

那些linux下不支持的USB設備幾乎都是生產(chǎn)廠商特定的產(chǎn)品。如果生產(chǎn)廠商在他們的產(chǎn)品中使用自己定義的協(xié)議，他們就需要為此設備創(chuàng)建特定的驅動程序。當然我們知道，有些生產(chǎn)廠商公開他們的USB協(xié)議，并幫助Linux驅動程序的開發(fā)，然而有些生產(chǎn)廠商卻根本不公開他們的USB協(xié)議。因為每一個不同的協(xié)議都會產(chǎn)生一個新的驅動程序，所以就有了這個通用的USB驅動骨架程序， 它是以pci 骨架為模板的。

如果你準備寫一個linux驅動程序，首先要熟悉USB協(xié)議規(guī)范。USB主頁上有它的幫助。一些比較典型的驅動可以在上面發(fā)現(xiàn)，同時還介紹了USB urbs的概念，而這個是usb驅動程序中最基本的。

Linux USB 驅動程序需要做的第一件事情就是在Linux USB 子系統(tǒng)里注冊，并提供一些相關信息，例如這個驅動程序支持那種設備，當被支持的設備從系統(tǒng)插入或拔出時，會有哪些動作。所有這些信息都傳送到USB 子系統(tǒng)中，在usb骨架驅動程序中是這樣來表示的：

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是一個字符串，它對驅動程序進行描述。probe 和disconnect 是函數(shù)指針，當設備與在id_table 中變量信息匹配時，此函數(shù)被調用。

fops和minor變量是可選的。大多usb驅動程序鉤住另外一個驅動系統(tǒng)，例如SCSI，網(wǎng)絡或者tty子系統(tǒng)。這些驅動程序在其他驅動系統(tǒng)中注冊，同時任何用戶空間的交互操作通過那些接口提供，比如我們把SCSI設備驅動作為我們USB驅動所鉤住的另外一個驅動系統(tǒng)，那么我們此USB設備的read、write等操作，就相應按SCSI設備的read、write函數(shù)進行訪問。但是對于掃描儀等驅動程序來說，并沒有一個匹配的驅動系統(tǒng)可以使用，那我們就要自己處理與用戶空間的read、write等交互函數(shù)。Usb子系統(tǒng)提供一種方法去注冊一個次設備號和file_operations函數(shù)指針，這樣就可以與用戶空間實現(xiàn)方便地交互。

USB骨架程序的關鍵幾點如下：

USB驅動的注冊和注銷
Usb驅動程序在注冊時會發(fā)送一個命令給usb_register，通常在驅動程序的初始化函數(shù)里。

當要從系統(tǒng)卸載驅動程序時，需要注銷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usb設備插入時，為了使linux-hotplug（Linux中PCI、USB等設備熱插拔支持）系統(tǒng)自動裝載驅動程序，你需要創(chuàng)建一個MODULE_DEVICE_TABLE。代碼如下（這個模塊僅支持某一特定設備）：

/* 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宏利用廠商ID和產(chǎn)品ID為我們提供了一個設備的唯一標識。當系統(tǒng)插入一個ID匹配的USB設備到USB總線時，驅動會在USB core中注冊。驅動程序中probe 函數(shù)也就會被調用。usb_device 結構指針、接口號和接口ID都會被傳遞到函數(shù)中。

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

驅動程序需要確認插入的設備是否可以被接受，如果不接受，或者在初始化的過程中發(fā)生任何錯誤，probe函數(shù)返回一個NULL值。否則返回一個含有設備驅動程序狀態(tài)的指針。通過這個指針，就可以訪問所有結構中的回調函數(shù)。

在骨架驅動程序里，最后一點是我們要注冊devfs。我們創(chuàng)建一個緩沖用來保存那些被發(fā)送給usb設備的數(shù)據(jù)和那些從設備上接受的數(shù)據(jù)，同時USB urb 被初始化，并且我們在devfs子系統(tǒng)中注冊設備，允許devfs用戶訪問我們的設備。注冊過程如下：

/* initialize the devfs node for this device