Linux2.6 内核下USB 的PNP 机制的研究

### Linux2.6 内核下USB的PNP机制研究 #### 1. 引言 随着技术的发展，热插拔设备（Plug and Play, PNP）已成为个人计算机(PC)、笔记本电脑乃至嵌入式系统不可或缺的一部分。尤其在智能移动终端上，热插拔设备的应用越来越广泛。热插拔机制允许用户在系统运行时动态添加或移除设备，无需重启操作系统，极大地提高了用户体验。USB设备作为最常见的热插拔设备之一，其设计和实现对于理解热插拔机制至关重要。 早期Linux内核版本并不支持热插拔功能，这意味着任何新增加的设备都需要通过重启系统来识别。Linux 2.4内核虽引入了一些热插拔支持，但仍需手动加载或卸载驱动程序。到了Linux 2.6内核，热插拔支持得到了显著增强，内核能够自动检测并响应设备的插入和移除事件，同时自动加载或卸载相应的驱动程序。 #### 2. USB设备的热插拔事件的产生 ##### 2.1 物理层检测 USB采用主从架构，设备通过HUB端口连接至主机。HUB能够检测每个端口上的设备插入或移除事件。低速、全速/高速设备的识别主要通过D+和D-信号线上的上拉电阻来实现。当设备插入时，D+和D-线的状态会发生变化，HUB据此判断设备类型，并进一步通知主机。 ##### 2.2 状态检测 HUB通过中断(IN)管道发送特定的USB请求——`GetPortStatus()`，从而获取端口状态信息。这一过程实质上是一种周期性的轮询，轮询周期由HUB INT类型的IN端点描述符中的`bInterval`字段确定。HUB Driver通过这种方式获取端口状态信息，进而检测到USB设备的插入或拔出事件。 #### 3. USB设备的插入和拔出识别 一旦HUB Driver检测到USB设备的插入或拔出事件，它会通过USB总线驱动程序USBD来获取设备的信息。USBD提供了两种机制： 1. **Pipe机制**：用于数据传输。 2. **Command机制**：用于发送USB请求以获取设备信息，如供应商ID (`idVendor`)、产品ID (`idProduct`) 和设备版本号 (`bcdDevice`)。 这些信息是识别设备的关键，HUB Driver会将这些信息传递给主机端的热插拔辅助软件，后者负责查找并加载相应的驱动程序。 #### 4. 热插拔事件的处理 ##### 4.1 热插拔辅助软件 Linux系统中的热插拔辅助软件通常是一系列热插拔脚本。这些脚本在检测到设备插入或拔出时被调用，执行以下操作： - **设备插入**：脚本根据HUB Driver提供的设备信息，查找并加载合适的驱动程序。 - **设备拔出**：脚本通知系统卸载不再使用的驱动程序。 早期的热插拔设备如PCMCIA卡，通过内核中的PCMCIACore检测设备的插入和拔出事件，并通知用户空间程序cardmgr。cardmgr读取配置文件`/etc/pcmcia/config`，根据其中的规则决定如何处理这些事件。 ##### 4.2 热插拔事件处理流程 1. **检测事件**：HUB Driver通过周期性轮询检测到设备插入或拔出事件。 2. **获取信息**：通过USBD的Command机制获取设备的关键信息。 3. **触发脚本**：将设备信息传递给热插拔脚本。 4. **加载/卸载驱动**：热插拔脚本根据设备信息自动加载或卸载驱动程序。 #### 结论 Linux 2.6内核下的USB热插拔机制实现了设备的动态管理，极大地方便了用户的使用。通过对USB设备的热插拔流程进行深入分析，我们可以了解到这种机制不仅适用于USB设备，也适用于其他类型的PNP设备，如SD卡、PCMIA卡和PCI设备等。未来随着更多类型的设备被设计为支持热插拔功能，这一机制的重要性将进一步凸显。