"USB的Linux驱动开发"
USB(通用串行总线)是一种标准化的接口,广泛用于连接各种外部设备,如键盘、鼠标、打印机、U盘等。在Linux系统中,开发USB驱动是为了使系统能够识别并正确通信与这些设备。本教程将深入讲解Linux环境下的USB驱动开发,包括USB协议、驱动架构以及主机和设备端的驱动实现。
1. USB协议
- 设备描述符:每个USB设备都有一个设备描述符,包含了设备的基本信息,如设备类、子类、协议、最大包大小等。
- 配置:设备可以有多个配置,用户可以选择其中一个配置来使用设备。
- 接口:配置下有接口,每个接口代表设备的一个功能。
- 端点:接口包含一个或多个端点,是数据传输的终点,支持控制、同步、中断和批量四种传输方式。
2. USB驱动的体系结构
- 主机驱动:分为主机控制器驱动和设备驱动。主机控制器驱动管理USB总线,设备驱动则对应具体设备的功能。
- 设备端驱动:包括设备控制器驱动和gadget驱动。设备控制器驱动管理硬件,gadget驱动模拟设备行为,常用于嵌入式系统作为USB设备。
3. 主机端驱动
- 主机控制器驱动:例如EHCI(Enhanced Host Controller Interface)、OHCI(Open Host Controller Interface)等,负责与USB控制器硬件交互,处理总线级别的事务。
- 设备驱动:根据设备类型和功能编写,负责与特定设备进行数据交换。
4. 设备端驱动
- 设备控制器驱动:对于嵌入式设备,需要编写驱动来控制USB控制器,如CDC(Communication Device Class)或MSC(Mass Storage Class)。
- Gadget驱动:模拟USB设备,可以实现U盘、网络设备等功能。在Linux中,通常通过gadgetfs或usb_gadget框架来实现。
5. USB传输方式
- 控制传输:用于设备枚举、配置和I/O控制。
- 同步传输:提供实时数据传输,如音频和视频流。
- 中断传输:用于周期性数据传输,如键盘、鼠标输入。
- 批量传输:用于大量数据传输,如文件读写,具有低延迟和高吞吐量。
6. 设备状态
- USB设备有多种状态,如默认、地址、配置等,驱动需处理这些状态转换。
7. 包格式
- 包由各种字段组成,如设备地址、端点地址、数据包标识符等,用于设备间的数据交换。
8. U盘为例
- U盘通常遵循Mass Storage Class,使用SCSI命令集与主机通信。
- 其设备描述符包含厂商ID、产品ID、设备版本等信息,配置描述符定义了总线电源需求、接口数量等。
Linux USB驱动开发涉及理解USB协议、驱动架构,以及如何编写针对不同角色(主机或设备)的驱动程序。开发过程中需要熟悉USB协议的各个组件,以及Linux内核提供的API,以便有效地实现设备的通信和功能。