隨著計(jì)算機(jī)外圍硬件的擴(kuò)展,，各種外圍設(shè)備使用不同的總線接口，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)外部各種總線繁多,，管理困難,，USB總線可以解決這些問題，因此而誕生,。USB總線提供統(tǒng)一的外設(shè)的接口方式,，并且支持熱插拔，方便了廠商開發(fā)設(shè)備和用戶使用設(shè)備,。USB(通用串行總線)是由Microsft,，Compad，Inter和NEC等推出的外圍總線接口,，目前已發(fā)展到2．0標(biāo)準(zhǔn)最高支持480Mb／s的速率,，最多可以支持127個(gè)外設(shè),。
嵌入式Linux是一款源代碼完全免費(fèi)的新興操作系統(tǒng)，用戶可以用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)等其他途徑免費(fèi)獲得,，并可以任意修改其源代碼,，這是其他的操作系統(tǒng)做不到的。正是由于這一點(diǎn),，Linux得到了廣泛的應(yīng)用,。
1 Linux中USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
1．1 USB的體系結(jié)構(gòu)
USB接口標(biāo)準(zhǔn)支持外部設(shè)備和主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在USB結(jié)構(gòu)中主機(jī)頂設(shè)各種類型外設(shè)使用的總線寬度,。當(dāng)外設(shè)和主機(jī)在運(yùn)行時(shí),，USB總線允許使用，設(shè)置,，添加和拆除外設(shè),。
在USB體系結(jié)構(gòu)中一個(gè)USB系統(tǒng)可以分成USB設(shè)備、USB主機(jī)和USB互聯(lián)3個(gè)部分,。USB互聯(lián)是USB設(shè)備和USB主機(jī)之間進(jìn)行連接通信的操作,，主要包括：
1)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：UsB主機(jī)和USB設(shè)備之間的連接方式；
2)數(shù)據(jù)流模式：描述USB通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)如何從產(chǎn)生方傳遞到使用方,；
3)USB調(diào)度：USB總線是一個(gè)共享連接,，對(duì)可以使用的連按進(jìn)行調(diào)度以支持同步數(shù)據(jù)傳輸，并避免優(yōu)先級(jí)判斷的開銷,。
USB的物理連接是有層次的星型結(jié)構(gòu)，如圖1所示,。
從圖中可以看出USB集線器在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上連接多個(gè)設(shè)備,，每條線段都是點(diǎn)點(diǎn)連接，每個(gè)USB集線器在星形的中心,。從主機(jī)到設(shè)備或者USB集線器,，或USB集線器到設(shè)備都是點(diǎn)點(diǎn)連接。
1．2 USB驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)
USN總線在技術(shù)層面上是非常簡(jiǎn)單的,，它是一個(gè)單主方式實(shí)現(xiàn)的,，主機(jī)輪詢各種不同的外圍設(shè)備，USB另外一個(gè)重要的特性是它只擔(dān)當(dāng)設(shè)備和主控制器之間通訊通道的角色,，對(duì)所發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有任何特殊的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)上的要求,。
Linux支持兩種類型的USB驅(qū)動(dòng)，宿主系統(tǒng)上的驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備上的驅(qū)動(dòng)程序,。宿主USB驅(qū)動(dòng)程序控制插入其中的USB設(shè)備,，而USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序控制設(shè)備如何作為一個(gè)USB設(shè)備和主機(jī)通訊。這里主要討論設(shè)備驅(qū)動(dòng),。
USB的基本通信的形式基本通過端點(diǎn)的東西,。USB端點(diǎn)只能往一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù),，從主機(jī)到設(shè)備或從設(shè)備到主機(jī)。USB端點(diǎn)分別具有不同的傳輸數(shù)據(jù)的方式,，他們有4種類型,，分別是：1)控制端點(diǎn)用來控制對(duì)USB設(shè)備不同部分的訪問。他們用于配置設(shè)備,，獲取設(shè)備信息,，獲取設(shè)備的狀態(tài)報(bào)告，發(fā)送命令到設(shè)備,。它是一種非周期性的可靠的傳輸,。2)中斷端點(diǎn)就是設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)以一個(gè)固定的速率來傳輸少量的數(shù)據(jù)。這些端點(diǎn)是鼠標(biāo)和USB鍵盤所使用的主要傳輸方式,。它通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)到USB設(shè)備以控制設(shè)備,，一般不用來傳輸大量數(shù)據(jù)。USB協(xié)議保證這些傳輸有足夠的保留帶寬來傳輸數(shù)據(jù),。3)等時(shí)端點(diǎn)同樣可以傳輸大批量的數(shù)據(jù),，但數(shù)據(jù)是否到達(dá)沒有保障，這些端點(diǎn)用于可以應(yīng)付數(shù)據(jù)丟失的情況,，這類設(shè)備更注重于保持一定的恒定的數(shù)據(jù)流,，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集都使用這類端點(diǎn)。4)批量端點(diǎn)傳輸大量的數(shù)據(jù),。這些端點(diǎn)通常比中斷端點(diǎn)大的多他們常用于需要確保沒有數(shù)據(jù)丟失的傳輸設(shè)備,。USB協(xié)議不保證這些傳輸始終可以在特定的時(shí)間內(nèi)完成。如果總線上的空間不足以發(fā)送整個(gè)批量包,。它將被分割為多個(gè)包進(jìn)行傳輸,。
當(dāng)一個(gè)USB設(shè)備連接到主機(jī)時(shí)，主機(jī)會(huì)給這個(gè)設(shè)備分配一個(gè)1～127之間的唯一的設(shè)備號(hào)同時(shí)讀取該設(shè)備的描述符,，該設(shè)備描述符是描述設(shè)備信息及其屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，USB以一種層次化的結(jié)構(gòu)定義設(shè)備的描述符，設(shè)備描述符給出了USB設(shè)備的一般信息,，包括對(duì)設(shè)備及所有設(shè)備配置起全程作用的信息,，一個(gè)USB設(shè)備只能有一個(gè)設(shè)備描述符，配置描述符中的信息與設(shè)備特定的配置相關(guān),，一個(gè)USB設(shè)備可以有一個(gè)或多個(gè)配置描述符,，每一個(gè)配置描述符又由一個(gè)或多個(gè)接口描述符組成，接口描述符的信息是與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)密切相關(guān),，可以一個(gè)接口對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序也可以多個(gè)接口對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,，接口描述符由零個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)描述符組成，端點(diǎn)描述符定義了在一個(gè)給定的設(shè)備里實(shí)現(xiàn)的實(shí)際寄存器,，這些描述符定義了每個(gè)寄存器的功能和特定的信息如端點(diǎn)要求的傳輸類型,、傳輸方向,、帶寬要求、查詢間隔等,。另外,，還有一個(gè)可選的宇符串描述符，它以UNCOND碼的格式給出了一些可讀的信息,，這些信息通常是有關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠商,、設(shè)備名設(shè)備序列號(hào)等，通過這些不同層次的描述符,，主機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就可以知道具體設(shè)備的相關(guān)信息,，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)控制。
1．3 USB驅(qū)動(dòng)程序框架
1．3．1 基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
usb-skel設(shè)備使用自定義結(jié)構(gòu)usb_skel記錄設(shè)備驅(qū)動(dòng)用到的所有描述符,，該結(jié)構(gòu)定義如下：
1．3．2 驅(qū)動(dòng)程序初始化和注銷
同其他所有的Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一樣,，usb-skel驅(qū)動(dòng)使用module_init()宏初始化函數(shù)，使用module_exit()宏注銷函數(shù),。usb-skel驅(qū)動(dòng)的初始化函數(shù)usb_skel_init()函數(shù),，定義如下：
在USB驅(qū)動(dòng)中調(diào)用usb_deregister()函數(shù)注銷usb-skel設(shè)備驅(qū)動(dòng)，函數(shù)定義如下：
1．3．3 初始化設(shè)備
從skel_driver結(jié)構(gòu)可以知道usb-skel設(shè)備的初始化函數(shù)是skel_probe()函數(shù),，設(shè)備初始化主要是探測(cè)設(shè)備類型,，分配USB設(shè)備用到的urb資源，注冊(cè)USB設(shè)備操作函數(shù)等,。
skel_class結(jié)構(gòu)變量記錄了usb-skel設(shè)備信息,，定義如下：
name變量使用％d通配符表示一個(gè)整型變量，當(dāng)一個(gè)usb-skel類型的設(shè)備連接到USB總先后會(huì)2按照子設(shè)備編號(hào)自動(dòng)設(shè)置設(shè)備名稱,。Fops設(shè)備操作函數(shù)結(jié)構(gòu)變量,，定義如下：
1.3.4 設(shè)備注銷
skel_disconnect()函數(shù)在注銷設(shè)備時(shí)被調(diào)用，定義如下：
2 USB串口驅(qū)動(dòng)
2. 1 驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)
usb_serial_init()函數(shù)是一個(gè)典型的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù),，定義如下：
函數(shù)首先調(diào)用alloc_tty_driver()函數(shù)分配一個(gè)串口驅(qū)動(dòng)描述符；然后設(shè)置串口驅(qū)動(dòng)的屬性,，包括驅(qū)動(dòng)的主從設(shè)備號(hào),、設(shè)備類型、串口初始化參數(shù)等,；串口驅(qū)動(dòng)描述符設(shè)置完畢后,，調(diào)用usb_register()函數(shù)注冊(cè)USB串口設(shè)備。
2. 2 驅(qū)動(dòng)釋放函數(shù)
2．3 串口操作函數(shù)
USB串口設(shè)備驅(qū)動(dòng)使用了一個(gè)tty_operations類型的結(jié)構(gòu),，該結(jié)構(gòu)包含了串口的所有操作,，定義如下：
按上述的步驟和方法通過lnsmod命令成功實(shí)現(xiàn)了USB驅(qū)動(dòng)程序的加載，成功的通過USB串口進(jìn)行了數(shù)據(jù)的讀寫,。
3 結(jié)論
新出的Linux2.6內(nèi)核加入了對(duì)USB2．0的支持,，重新定義了usb_class_driver結(jié)構(gòu)體,。同時(shí)對(duì)探測(cè)函數(shù)probe和usb_submit_urb做了修改，包含了advanced linux sound Archiecture可以更安全的使用USB設(shè)備,。