深入理解USB驱动开发

"USB驱动程序开发" 在计算机领域，USB（通用串行总线）是一种广泛使用的接口标准，用于连接各种设备，如鼠标、键盘、打印机、存储设备等。USB驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，使得操作系统能够识别并控制这些USB设备。本讲座由嵌入式培训专家宋宝华主讲，主要涵盖了USB驱动的各个方面。 1. USB及驱动框架简介 USB驱动程序通常分为三个层次：主机控制器驱动、设备驱动和设备控制器驱动。主机控制器驱动负责管理USB总线，设备驱动则对应于具体的USB设备，而设备控制器驱动则是设备端的软件，用于与主机通信。 1.1 USB协议 USB协议定义了设备描述符、配置、接口和端点等概念。设备描述符包含了设备的基本信息，如制造商、产品ID等。配置则描述了设备的不同工作模式，接口代表设备的不同功能，端点则负责数据的收发。 1.2 USB驱动的体系结构 USB驱动的体系结构包括主机端驱动和设备端驱动。主机端驱动主要管理USB总线和根集线器（roothub），而设备端驱动则处理设备的特定功能。 2. 主机端驱动 2.1 主机控制器驱动 主机控制器驱动负责初始化和管理USB控制器，如OHCI、EHCI、XHCI等，它们负责调度USB传输，处理总线错误，并与设备进行低级通信。 2.2 设备驱动 设备驱动是针对具体USB设备的，如U盘、摄像头等。它根据设备描述符来识别设备，然后创建并管理设备对象，处理设备的输入输出。 3. 设备端驱动 3.1 设备控制器驱动 在设备端，设备控制器驱动通常是指设备的固件，如Firmware或固件映像，它实现USB协议，处理来自主机的事务。 3.2 gadget驱动 gadget驱动是设备端的用户空间组件，模拟USB设备的行为，可以是USB Mass Storage（如U盘）、USB HID（人机交互设备）或其他设备类型。 4. USB OTG（On-The-Go） USB OTG允许设备同时作为主机或设备，支持设备间的直接通信，例如手机可以直接连接到打印机或相机进行数据交换。 USB协议还包括四种传输方式： - 控制传输：用于配置设备、获取/设置设备状态，是最基础的传输方式。 - 同步传输：用于实时数据传输，如音频或视频流。 - 中断传输：用于周期性数据传输，如键盘、鼠标输入。 - 批量传输：用于大量数据的非实时传输，如文件传输。 设备状态包括默认状态、地址状态、配置状态等，每个状态对应不同的设备操作阶段。USB协议中的包格式规定了数据传输的封装，包括令牌包、数据包和握手包等。 例如，一个U盘设备的描述符可能会包含以下信息： - bDeviceSubClass: 设备子类，这里为0表示没有特定子类。 - bDeviceProtocol: 设备协议，这里是0，表示通用的存储设备。 - bMaxPacketSize0: 最大包大小，这里是64字节。 - idVendor 和 idProduct: 分别是制造商和产品的唯一标识，例如SanDisk Corp.的U盘。 - bcdDevice: 设备版本，这里是0.10。 - iManufacturer, iProduct 和 iSerial: 提供制造商、产品名称和序列号的信息。 - bNumConfigurations: 设备的配置数量，这里只有一个配置。 - ConfigurationDescriptor: 描述配置的详细信息，如总长度、接口数量、最大功率等。 通过理解这些基础知识，开发者可以构建和调试USB驱动程序，确保设备在系统中的正常运行。