Linux系统下USB设备驱动程序开发详解

"USB设备驱动程序是连接USB设备与Linux操作系统的关键组件，它负责管理和传输数据到或来自USB设备。本文主要关注Linux环境下的USB驱动，特别是如何注册和使用URB（USB Request Block）进行数据传输。" USB设备驱动程序在Linux系统中扮演着至关重要的角色，它们使得操作系统能够识别、配置并控制各种USB设备，如鼠标、键盘、打印机、存储设备等。驱动程序是硬件和操作系统之间的桥梁，实现了硬件功能的抽象和软件接口的提供。 **驱动程序描述** USB驱动程序通常包含以下几个关键部分： 1. **枚举设备**：驱动程序在设备插入时识别设备，通过读取设备描述符来确定设备类型和功能。 2. **配置设备**：根据设备的需求设置设备的配置和接口。 3. **数据传输**：通过URB（USB Request Block）进行数据的发送和接收。 4. **中断处理**：处理设备中断，例如USB鼠标产生的中断事件。 5. **设备状态管理**：处理设备的打开、关闭、暂停和恢复等操作。 **USB设备列表** Linux内核维护了一个USB设备列表，包含了所有已连接的USB设备。驱动程序会在这个列表中查找匹配的设备，并进行相应的操作。 **注册驱动** 注册驱动涉及到在内核中注册驱动程序，使其能够处理特定类型的USB设备。这通常包括定义匹配规则，如设备ID，以及定义回调函数，如`probe`和`remove`函数。 **URB（USB Request Block）** URB是USB数据传输的基础结构，用于封装USB传输的所有必要信息，包括请求类型、端点地址、数据缓冲区和回调函数等。URB在驱动程序和USB控制器之间传递，负责数据的发送和接收。 **创建和初始化URB** 创建URB时，可以使用`usb_alloc_urb`函数。例如，对于非等时传输，可以传入0作为第一个参数，表示不需要ISO packets。`GFP_KERNEL`表示使用内核内存分配。 **URB处理流程** 1. **提交URB**：驱动程序通过调用`usb_submit_urb`将URB提交给USB核心层。 2. **处理URB**：USB核心层将URB转发给USB主控制器，主控制器执行实际的数据传输。 3. **完成URB**：数据传输完成后，主控制器通过中断或者批量传输将结果返回，驱动程序的回调函数（如`usb_mouse_irq`）被调用，处理传输结果。 **USB鼠标驱动详解** 以USB鼠标驱动为例，驱动程序的`probe`函数中会创建和初始化URB，同时注册INPUT子系统设备。当用户打开鼠标设备时，`OPEN`函数会提交URB，开始数据传输。URB中的数据由USB主控制器填充后，通过完成回调函数将数据返回给驱动，完成一次数据交互。 总结来说，Linux USB驱动程序通过URB来实现对USB设备的数据交换，URB是数据传输的核心结构。从创建、初始化到提交、处理和完成，URB在整个过程中起到了承上启下的作用，确保了USB设备在Linux系统中的正常运行。