基于Linux的USB從設(shè)備驅(qū)動研究

0 引言
USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，意為通用串行總線。USB是一種快速、雙向、同步、低成本、動態(tài)可連接的串行接口。USB現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各種設(shè)備上，尤其是手持設(shè)備，幾乎都采用了USB接口。現(xiàn)在，USB即可用來與其他設(shè)備連接后高速地傳遞數(shù)據(jù)，又可用來充電，使手持設(shè)備可以發(fā)揮U盤、MODEM、無線網(wǎng)卡等作用。
事實上，USB只是主機和外圍設(shè)備之間的連接。如何來促使這種連接發(fā)揮作用，就需要驅(qū)動程序。驅(qū)動程序主要解決硬件“需要提供什么功能”以及“如何使用這些功能”。在linux系統(tǒng)中，USB設(shè)備可以作為主機使用，也可作為從設(shè)備使用。對應(yīng)的USB驅(qū)動程序有兩種主要的類型：宿主系統(tǒng)上的驅(qū)動程序和設(shè)備上的驅(qū)動程序。從宿主的觀點來看(例如普通的左桌面計算機)，宿主系統(tǒng)的USB驅(qū)動程序控制插入其中的USB設(shè)備，而USB設(shè)備的驅(qū)動程序則控制該設(shè)備如何作為一個USB設(shè)備和主機通信。

1 USB設(shè)備基礎(chǔ)
USB設(shè)備的構(gòu)成包括配置接口和端點，以及USB驅(qū)動程序如何綁定到USB接口上。端點是USB通信最基本的形式，USB端點只能是往一個方向傳送數(shù)據(jù)，即從主機到設(shè)備(稱為輸出端點)或者從設(shè)備到主機(稱為輸入端點)，故可以看作是單向管道。USB有四種不同的類型，分別對應(yīng)不同的傳輸類型：控制、中斷、批量、等時。其次接口，USB端點被綁定即為接口。USB的一個接口只處理一種USB邏輯連接；一個USB設(shè)備可以有多個接口，不同的接口可以代表不同的功能，因此，功能不同的USB接口需要不同的驅(qū)動程序。另外就是配置，USB接口本身被綁定為配置。一個USB設(shè)備可以有多個配置，而且可以在配置之間切換以改變設(shè)備的狀態(tài)；一個時刻只能激活一個配置，怛一個配置通常具有一個或者更多的接口。
USB設(shè)備可由許多不同的邏輯單元組成，實際上，也就是這三種邏輯單元組合而成的。Linux內(nèi)核中的USB代碼一般要用URB (usbrequst block)與USB設(shè)備通信。URB用struct urb結(jié)構(gòu)體描述，它能以一種異步的方式往／從特定的USB端點發(fā)送／接收數(shù)據(jù)。USB設(shè)備驅(qū)動程序可能會為單個端點分配許多的URB，也可能對許多不同的端點重用單個URB，這取決于驅(qū)動的需要。當USB驅(qū)動程序只發(fā)送或接收一些簡單的USB數(shù)據(jù)時，可以使用兩個很簡單的接口函數(shù)：usb_bulk_msg、usb_control_msg。

2 USB設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)
圖1所示是Linux環(huán)境下USB驅(qū)動的總體結(jié)構(gòu)。從圖l中可以看到：在主機側(cè)層次結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)USB驅(qū)動有兩類方式：USB主機控制器驅(qū)動和USB設(shè)備驅(qū)動；USB主機控制驅(qū)動主要控制插入其中的USB設(shè)備，主機控制器可以分為三類，分別對應(yīng)于三種USB主控制器；USB設(shè)備驅(qū)動則用于控制USB設(shè)備如何與主機通信；USB核心負責USB驅(qū)動管理和協(xié)議處理的主要工作。

USB核心向上可為設(shè)備驅(qū)動提供編程接口，向下可為USB主機控制器驅(qū)動提供編程接口；它可以通過全局變量維護整個系統(tǒng)的USB設(shè)備信息，從而完成設(shè)備的熱插拔控制和總線數(shù)據(jù)傳輸控制等驅(qū)動。
另外，在從設(shè)備側(cè)，Linux內(nèi)核中的USB設(shè)備側(cè)驅(qū)動程序可分為3個層次：USB設(shè)備控制器(UDC)驅(qū)動程序、Gadget API和Gadget驅(qū)動程序；UDC驅(qū)動程序可直接訪問硬件，控制USB設(shè)備和主機間的底層通信，并向上層提供和硬件相關(guān)的操作回調(diào)函數(shù)。不同的設(shè)備控制器硬件有不同的設(shè)備控制器驅(qū)動程序；Gadget驅(qū)動主要控制USB設(shè)備功能的實現(xiàn)，它使用Gadget API傳遞控制信息給UDC驅(qū)動程序，以便實現(xiàn)具體功能。
Gadget API是設(shè)備控制器的控制功能抽象接口，Gadget驅(qū)動程序可以試用Gadget API，它可以把下層的UDC驅(qū)動程序和上層Gadget驅(qū)動程序相隔離，以使得在linux系統(tǒng)中編寫USB設(shè)備側(cè)驅(qū)動程序時，能夠把功能的實現(xiàn)和底層通信相分離。
如果要在S3c24．10上實現(xiàn)大存儲類從設(shè)備，則需要運行file_storage．c和s3c2410_udc．c這兩個驅(qū)動程序。file_stoarge．c具體控制USB設(shè)備功能的實現(xiàn)，它使用Gadget API來控制s3c2410．c以實現(xiàn)其功能。s3c2410．c驅(qū)動程序可直接訪問硬件，以控制USB設(shè)備和主機間的底層通信，同時向上層提供和硬件相關(guān)操作的回調(diào)函數(shù)。