Linux系统USB协议之设备驱动框架
USB鼠标设备驱动程序简单实现（一）
一、Linux下的USB驱动程序
分离和分层是Linux下驱动程序开发采用的最基本的形式，USB驱动开发在主机端主要涉及两个部分：主机控制器驱动和设备驱动。
主机控制器驱动主要是和具体的Soc相关的，它来识别USB设备，安装对应的设备驱动程序，提供对USB设备的读写函数。
设备驱动主要是根据具体的USB设备对USB主机驱动提供的读写函数获得的数据进行处理，实现这种USB设备特有的功能。具体的层次结构如下所示：
基本的开发环境：
操作系统：Ubuntu12.04
内核：Linux-3.0.86
GUI ：Qtopia2.2.0
交叉编译工具gcc版本 ： 4.5.1
二、USB鼠标设备驱动的实现
这一部分主要完成的功能是：实现一个简单的USB鼠标的设备驱动程序，读取鼠标进行操作所产生的原始的数据。
1、准备工作
默认的在Linux内核当中已经配置上了USB鼠标相关的驱动，所以为了自己编写的驱动程序能加载进内核和使用，先要去掉内核上的USB鼠标驱动。进入内核目录，执行make menuconfig，执行如下配置：
-> Device Drivers
<span> </span>-> HID Devices
[ ]USB Human Interface Device (full HID) support
2、设备驱动编写
a、分配、设置、注册一个usb_driver的结构体变量，为了方便定义了如下一个结构体：
/* 定义一个描述USB的结构体 */
struct yl_usbmouse {
dma_addr_t usb_buf_phys; /* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
char *usb_buf_virt; /* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
int usb_buf_len; /* 用来描述缓冲区的大小 */
struct urb *urb; /* 描述usb的请求块 */
};
定义一个usb_driver的结构体，并设置它：
/* 定义一个usb_driver的结构体变量 */
static struct usb_driver yl_usb_mouse_driver = {
.name = "yl_usbmouse",
.probe = yl_usb_mouse_probe,
.disconnect = yl_usb_mouse_disconnect,
.id_table = yl_usb_mouse_id_table,
};
在入口函数中注册这个结构体：
/* 模块的入口函数 */
static int __init yl_usb_mouse_init(void)
{
/* 注册一个usb_driver的结构体变量 */
usb_register(&yl_usb_mouse_driver);
return 0;
}
b、分配、设置、初始化、提交一个urb，urb是用来传递USB主机控制器驱动的数据。当插入的设备和这个usb_driver匹配时，它的probe函数将会调用，我们在probe函数当中实现对urb的一些列操作.
分配一个urb：
/* 1、分配一个usb请求块 */
g_yl_usbmouse.urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
设置、初始化这个urb：
/* 获取USB设备的某个端点 */
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
/* 获取传输的数据的长度 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_len = endpoint->wMaxPacketSize;
/* 分配一块缓冲区用来存放usb鼠标的数据 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_virt = usb_alloc_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, GFP_ATOMIC, &g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
/* 2、初始化这个usb请求块 */
usb_fill_int_urb(g_yl_usbmouse.urb, dev, pipe, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, yl_usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
g_yl_usbmouse.urb->transfer_dma = g_yl_usbmouse.usb_buf_phys;
g_yl_usbmouse.urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
提交这个urb：
/* 3、提交这个usb请求块 */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_KERNEL);
c、usb鼠标获取数据的中断处理函数，这个函数是在urb初始化的时候传递进来的回调函数，鼠标发生动作时便会触及这个函数的调用，把鼠标的数据传递进来。它的具体的实现如下所示：
/* usb鼠标的中断处理函数 */
static void yl_usbmouse_irq(struct urb *urb)
{
int i = 0;
/* 依次把数据打印出来 */
printk("yl_usbmouse data : ");
for(i = 0; i < g_yl_usbmouse.usb_buf_len; i++)
{
printk("0x%x ", g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[i]);
}
printk("\n");
/* 再次提交urb */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
}
这个函数实现的功能很简单：就是把鼠标产生的原始数据打印到终端上即可。
3、编译并安装驱动，在开发板上接入鼠标实验结果如下：
从上面可以看出，鼠标每操作一次会一次性产生7个字节的数据。可以看出这些数据本身只是一些普通的数据，没有任何意义，那怎么让鼠标产生的这些数据发挥作用呢，就需要将usb鼠标和输入子系统结合使用，才能真正发挥USB鼠标的作用。具体实现见下文。
附录：本文实现的完整的例程源代码如下所示：
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/usb/input.h>
#include <linux/hid.h>
/* 定义一个描述USB的结构体 */
struct yl_usbmouse {
dma_addr_t usb_buf_phys; /* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
char *usb_buf_virt; /* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
int usb_buf_len; /* 用来描述缓冲区的大小 */
struct urb *urb; /* 描述usb的请求块 */
};
/* 定义一个描述USB结构体的变量 */
static struct yl_usbmouse g_yl_usbmouse;
/* usb鼠标的中断处理函数 */
static void yl_usbmouse_irq(struct urb *urb)
{
int i = 0;
/* 依次把数据打印出来 */
printk("yl_usbmouse data : ");
for(i = 0; i < g_yl_usbmouse.usb_buf_len; i++)
{
printk("0x%x ", g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[i]);
}
printk("\n");
/* 再次提交urb */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
}
/* 匹配设备成功时调用的探测函数 */
static int yl_usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
struct usb_host_interface *interface;
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
int pipe;
/* 获取接口和端点信息 */
interface = intf->cur_altsetting;
endpoint = &interface->endpoint[0].desc;
/* 获取USB设备的某个端点 */
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
/* 获取传输的数据的长度 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_len = endpoint->wMaxPacketSize;
/* 分配一块缓冲区用来存放usb鼠标的数据 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_virt = usb_alloc_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, GFP_ATOMIC, &g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
/* 1、分配一个usb请求块 */
g_yl_usbmouse.urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
/* 2、初始化这个usb请求块 */
usb_fill_int_urb(g_yl_usbmouse.urb, dev, pipe, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, yl_usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
g_yl_usbmouse.urb->transfer_dma = g_yl_usbmouse.usb_buf_phys;
g_yl_usbmouse.urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
/* 3、提交这个usb请求块 */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_KERNEL);
return 0;
}
/* usb设备拔除时调用的函数 */
static void yl_usb_mouse_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
usb_kill_urb(g_yl_usbmouse.urb);
usb_free_urb(g_yl_usbmouse.urb);
usb_free_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
}
/* 定义一个id_table的数组，当usb设备插入时进行比较和判断 */
static struct usb_device_id yl_usb_mouse_id_table [] = {
{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
{ } /* Terminating entry */
};
/* 定义一个usb_driver的结构体变量 */
static struct usb_driver yl_usb_mouse_driver = {
.name = "yl_usbmouse",
.probe = yl_usb_mouse_probe,
.disconnect = yl_usb_mouse_disconnect,
.id_table = yl_usb_mouse_id_table,
};
/* 模块的入口函数 */
static int __init yl_usb_mouse_init(void)
{
/* 注册一个usb_driver的结构体变量 */
usb_register(&yl_usb_mouse_driver);
return 0;
}
/* 模块的出口函数 */
static void __exit yl_usb_mouse_exit(void)
{
/* 注销一个usb_driver的结构体变量 */
usb_deregister(&yl_usb_mouse_driver);
}
module_init(yl_usb_mouse_init);
module_exit(yl_usb_mouse_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
原文链接：https://blog.csdn.net/TECH_PRO/article/details/70738186
USB鼠标设备驱动程序简单实现（二）
上文实现了一个简单的USB鼠标的设备驱动，获取了原始的USB数据。本文就将它和输入子系统结合起来，编写一个真正的可以使用的USB鼠标设备驱动。为了演示，实现一个简单的功能：让鼠标左键按下时发出‘l’, 右键按下时发出‘s’,中键按下时发出‘enter’，这样就实现了一个简单的Linux下的命令：ls。
一、Input输入子系统的一般实现步骤
a、分配一个input_dev的结构体的变量
b、设置这个结构体 ：能产生哪类事件，能产生该类事件中的那些事件
c、注册这个input_dev结构体变量
d、实现事件的提交和同步
二、对原始数据进行分析
通过上文实验结果如下。
a、鼠标左键按下和松开：
第二个数据的bit[0]位发生变化，当鼠标左键按下时为1，当鼠标松开时为0.
b、鼠标右键按下和松开：
第二个数据的bit[1]为发生变化，当鼠标右键按下时为1，松开时为0；
c、鼠标中键按下和松开：
第二个数据的bit[2]位发生变化，当按下时为1，当松开时为0；
通过以上分析可以看出鼠标对应按键按下和松开时数据位的变化，从而为输入子系统时间的上报提供了判断条件。
三、USB鼠标设备驱动改进
为了实现输入子系统相关的操作，在全局的usb设备结构体中加入input_dev的变量成员，如下所示：
/* 定义一个描述USB的结构体 */
struct yl_usbmouse {
dma_addr_t usb_buf_phys; /* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
char *usb_buf_virt; /* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
int usb_buf_len; /* 用来描述缓冲区的大小 */
struct urb *urb; /* 描述usb的请求块 */
struct input_dev *input_dev; /* 定义一个用来描述输入事件的结构体 */
};
输入设备相关的操作如下所示：
/* 4、和输入事件相关的操作 */
/* 4.1 分配一个input_dev的结构体的变量 */
g_yl_usbmouse.input_dev = input_allocate_device();
/* 4.2 设置这个input_dev结构体 */
/* 4.2.1 确定能产生哪类事件 */
set_bit(EV_KEY, g_yl_usbmouse.input_dev->evbit); // 按键类事件
set_bit(EV_REP, g_yl_usbmouse.input_dev->evbit); // 重复类事件
/* 4.2.2 确定能产生该类事件中的哪些事件 */
set_bit(KEY_L, g_yl_usbmouse.input_dev->keybit);
set_bit(KEY_S, g_yl_usbmouse.input_dev->keybit);
set_bit(KEY_ENTER, g_yl_usbmouse.input_dev->keybit);
/* 4.3 注册这个input_dev结构体的变量 */
input_register_device(g_yl_usbmouse.input_dev);
在usb鼠标的中断处理函数中上报和同步事件：
/* KEY_L ----- MOUSE_LEFT
* KEY_S ----- MOUSE_RIGHT
* KEY_ENTER ----- MOUSE_MIDDLE
*/
input_event(g_yl_usbmouse.input_dev, EV_KEY, KEY_L, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[1] & 0x01);
input_event(g_yl_usbmouse.input_dev, EV_KEY, KEY_S, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[1] & 0x02);
input_event(g_yl_usbmouse.input_dev, EV_KEY, KEY_ENTER, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[1] & 0x04);
input_sync(g_yl_usbmouse.input_dev);
/* 再次提交urb */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
编译、安装和测试：因为本系统是基于Qtopia的，所以测试可以直接在开发板上进行。将鼠标插入到开发板上，随便打开一个可以进行文本输入的应用程序（我这里选择终端），先按一下鼠标左键，再按一下鼠标右键，最后按一下鼠标中键，这样就在终端上执行了ls命令。
附录：本文所涉及的完整的例程源代码如下所示。
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/usb/input.h>
#include <linux/hid.h>
#include <linux/input.h>
/* 定义一个描述USB的结构体 */
struct yl_usbmouse {
dma_addr_t usb_buf_phys; /* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
char *usb_buf_virt; /* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
int usb_buf_len; /* 用来描述缓冲区的大小 */
struct urb *urb; /* 描述usb的请求块 */
struct input_dev *input_dev; /* 定义一个用来描述输入事件的结构体 */
};
/* 定义一个描述USB结构体的变量 */
static struct yl_usbmouse g_yl_usbmouse;
/* usb鼠标的中断处理函数 */
static void yl_usbmouse_irq(struct urb *urb)
{
/* KEY_L ----- MOUSE_LEFT
* KEY_S ----- MOUSE_RIGHT
* KEY_ENTER ----- MOUSE_MIDDLE
*/
input_event(g_yl_usbmouse.input_dev, EV_KEY, KEY_L, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[1] & 0x01);
input_event(g_yl_usbmouse.input_dev, EV_KEY, KEY_S, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[1] & 0x02);
input_event(g_yl_usbmouse.input_dev, EV_KEY, KEY_ENTER, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[1] & 0x04);
input_sync(g_yl_usbmouse.input_dev);
/* 再次提交urb */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
}
/* 匹配设备成功时调用的探测函数 */
static int yl_usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
struct usb_host_interface *interface;
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
int pipe;
/* 获取接口和端点信息 */
interface = intf->cur_altsetting;
endpoint = &interface->endpoint[0].desc;
/* 获取USB设备的某个端点 */
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
/* 获取传输的数据的长度 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_len = endpoint->wMaxPacketSize;
/* 分配一块缓冲区用来存放usb鼠标的数据 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_virt = usb_alloc_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, GFP_ATOMIC, &g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
/* 1、分配一个usb请求块 */
g_yl_usbmouse.urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
/* 2、初始化这个usb请求块 */
usb_fill_int_urb(g_yl_usbmouse.urb, dev, pipe, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, yl_usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
g_yl_usbmouse.urb->transfer_dma = g_yl_usbmouse.usb_buf_phys;
g_yl_usbmouse.urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
/* 3、提交这个usb请求块 */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_KERNEL);
/* 4、和输入事件相关的操作 */
/* 4.1 分配一个input_dev的结构体的变量 */
g_yl_usbmouse.input_dev = input_allocate_device();
/* 4.2 设置这个input_dev结构体 */
/* 4.2.1 确定能产生哪类事件 */
set_bit(EV_KEY, g_yl_usbmouse.input_dev->evbit); // 按键类事件
set_bit(EV_REP, g_yl_usbmouse.input_dev->evbit); // 重复类事件
/* 4.2.2 确定能产生该类事件中的哪些事件 */
set_bit(KEY_L, g_yl_usbmouse.input_dev->keybit);
set_bit(KEY_S, g_yl_usbmouse.input_dev->keybit);
set_bit(KEY_ENTER, g_yl_usbmouse.input_dev->keybit);
/* 4.3 注册这个input_dev结构体的变量 */
input_register_device(g_yl_usbmouse.input_dev);
return 0;
}
/* usb设备拔除时调用的函数 */
static void yl_usb_mouse_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
input_unregister_device(g_yl_usbmouse.input_dev);
input_free_device(g_yl_usbmouse.input_dev);
usb_kill_urb(g_yl_usbmouse.urb);
usb_free_urb(g_yl_usbmouse.urb);
usb_free_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
}
/* 定义一个id_table的数组，当usb设备插入时进行比较和判断 */
static struct usb_device_id yl_usb_mouse_id_table [] = {
{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
{ } /* Terminating entry */
};
/* 定义一个usb_driver的结构体变量 */
static struct usb_driver yl_usb_mouse_driver = {
.name = "yl_usbmouse",
.probe = yl_usb_mouse_probe,
.disconnect = yl_usb_mouse_disconnect,
.id_table = yl_usb_mouse_id_table,
};
/* 模块的入口函数 */
static int __init yl_usb_mouse_init(void)
{
/* 注册一个usb_driver的结构体变量 */
usb_register(&yl_usb_mouse_driver);
return 0;
}
/* 模块的出口函数 */
static void __exit yl_usb_mouse_exit(void)
{
/* 注销一个usb_driver的结构体变量 */
usb_deregister(&yl_usb_mouse_driver);
}
module_init(yl_usb_mouse_init);
module_exit(yl_usb_mouse_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
