Linux USB驱动框架分析(1)

Linux USB驱动框架分析(1)

初次接触与OS相关的设备驱动编写，感觉还挺有意思的，为了不至于忘掉看过的东西，笔记跟总结当然不可缺，更何况我决定为嵌入式卖命了。好，言归正传，我说一说这段时间的收获，跟大家分享一下Linux的驱动开发。但这次只先针对Linux的USB子系统作分析，因为周五研讨老板催货。当然，还会顺带提一下其他的驱动程序写法。

事实上，Linux的设备驱动都遵循一个惯例——表征驱动程序(用driver更贴切一些，应该称为驱动器比较好吧)的结构体，结构体里面应该包含了驱动程序所需要的所有资源。用OO的术语来说，就是这个驱动器对象所拥有的属性及成员。由于Linux的内核用c来编写，所以我们也按照这种结构化的思想来分析代码，但我还是希望从OO的角度来阐述这些细节。这个结构体的名字有驱动开发人员决定，比如说，鼠标可能有一个叫做mouse_dev的struct，键盘可能由一个keyboard_dev的struct(dev for device，我们做的只是设备驱动)。而这次我们来分析一下Linux内核源码中的一个usb-skeleton(就是usb驱动的骨架咯)，自然，他定义的设备结构体就叫做usb-skel：

struct usb_skel {

struct usb_device * udev; /* the usb device for this device */

struct usb_interface * interface; /* the interface for this device */

struct semaphore limit_sem; /* limiting the number of writes in progress */

unsigned char * bulk_in_buffer; /* the buffer to receive data */

size_t bulk_in_size; /* the size of the receive buffer */

__u8 bulk_in_endpointAddr; /* the address of the bulk in endpoint */

__u8 bulk_out_endpointAddr; /* the address of the bulk out endpoint */

struct kref kref;

};

这里我们得补充说明一下一些USB的协议规范细节。USB能够自动监测设备，并调用相应得驱动程序处理设备，所以其规范实际上是相当复杂的，幸好，我们不必理会大部分细节问题，因为Linux已经提供相应的解决方案。就我现在的理解来说，USB 的驱动分为两块，一块是USB的bus驱动，这个东西，Linux内核已经做好了，我们可以不管，但我们至少要了解他的功能。形象得说，USB的bus驱动相当于铺出一条路来，让所有的信息都可以通过这条USB通道到达该到的地方，这部分工作由usb_core来完成。当设备接到USB接口是，usb_core就检测该设备的一些信息，例如生产厂商ID和产品的ID，或者是设备所属的class、subclass跟protocol，以便确定应该调用哪一个驱动处理该设备。里面复杂细节我们不用管，我们要做的是另一块工作——usb的设备驱动。也就是说，我们就等着usb_core告诉我们要工作了，我们才工作。对于usb规范定义的设备，他们有一个设备的框架，对于开发人员来说，他大概如图所示：

从开发人员的角度看，每一个usb设备有若干个配置(configuration)组成，每个配置又可以有多个接口(interface)，每个接口又有多个设置(setting图中没有给出)，而接口本身可能没有端点或者多个端点(end point)。USB的数据交换通过端点来进行，主机与各个端点之间建立起单向的管道来传输数据。而这些接口可以分为四类：

控制(control)

用于配置设备、获取设备信息、发送命令或者获取设备的状态报告

中断(interrupt)

当USB宿主要求设备传输数据时，中断端点会以一个固定的速率传送少量数据，还用于发送数据到USB设备以控制设备，一般不用于传送大量数据。

批量(bulk)

用于大量数据的可靠传输，如果总线上的空间不足以发送整个批量包，它会被分割成多个包传输。