Linux USB驱动开发

USB驱动介绍

Linux内核支持两种主要类型的USB驱动程序：USB主机（Host）驱动程序和USB设备(device)驱动。主机驱动程序控制插入其中的USB设备，而USB设备驱动程序控制该设备如何作为一个USB设备和主机通信（注重的是方式）。

一、USB驱动概览

在Linux驱动中，处于USB驱动最底层的是USB主机控制器硬件，在其上的是USB主机控制器驱动，在主机控制器驱动上的为USB核心层，再上层为USB设备驱动层。

USB核心层(USB core)向上为USB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，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。

USB设备驱动负责驱动具体的设备，根据需要可注册成某个类型的设备驱动，例如U盘（块设备），键鼠（输入子系统），网卡，USB虚拟串口（TTY）等设备。

二、USB设备构成

USB通信的最基本形式为：端点（endpoint）

USB端点被捆绑为接口，一个接口对应一个设备驱动。

举例：复合设备，包含多个接口，会匹配多个驱动

USB接口被捆绑为配置

三、USB设备的sysfs和proc表示

USB的sysfs设备命名方案：

根集线器-集线器端口号:配置.接口

例：/sys/devices/pci0000:00/xxx/usb2/2-1/2-1:1.0

从sysfs中获取到的USB设备信息只限于接口级别，若需要查看USB设备可选配置，接口相关的具体信息如端点等，可以从usbfs文件系统找到，该系统挂载到/proc/bus/usb/目录。该目录下包含sysfs下信息，也包含其他具体信息。

四、USB设备驱动与USB设备的匹配

khubd是USB守护进程，当USB设备插入的时候，守护进程监测到，USB主机控制器就会产生一个hub_irq中断，控制器调用hub的探测(probe)函数，来解析设备信息。

设备驱动程序将包含usb_device_id结构体的对象注册到USB子系统后，USB核心使用该列表为解析完成的USB设备匹配驱动程序。通常：先匹配USB VID和PID，若未匹配到，再匹配接口类别一致的类驱动。如：CDC-ACM驱动，U盘驱动等。

五、USB驱动实现

USB设备驱动的注册与注销

Usb设备驱动程序的主要数据结构是结构usb_driver，被用来向usb核心注册和注销驱动程序。

注册usb驱动

接口：usb_register

注销usb驱动

接口：usb_unregister_driver

实现USB设备操作函数集

驱动探测与断开

接口：probe/disconnect

挂起与恢复

接口：suspend/resume

如：CDC驱动中相应实现

    static struct usb_driver acm_driver = {
    	.name =		"cdc_acm",
    	.probe =	acm_probe,
    	.disconnect =	acm_disconnect,
    #ifdef CONFIG_PM
    	.suspend =	acm_suspend,
    	.resume =	acm_resume,
    	.reset_resume =	acm_reset_resume,
    #endif
    	.pre_reset =	acm_pre_reset,
    	.id_table =	acm_ids,
    #ifdef CONFIG_PM
    	.supports_autosuspend = 1,
    #endif
    	.disable_hub_initiated_lpm = 1,
    };

USB通信实现

Linux内核中USB代码通过URB（usb Request block）和所有USB设备通信，urb是以一种异步的方式往/从特定USB设备的特定端点发送/接收数据。

URB完整生命周期：

1. 由USB设备驱动程序创建
2. 分配给特定USB端点
3. 由USB设备驱动程序提交给USB核心
4. 由USB核心递交到特定设备的特定USB主控器驱动程序
5. 由USB主控制器驱动程序处理，进行实际USB传送到设备
6. 当URB完成，USB主控制器驱动程序通知USB设备驱动程序

USB Core也提供了进行简单USB数据收发的函数，以同步方式进行，可以避免管理URB的繁琐。接口：usb_control_msg/usb_bulk_msg