嵌入式Linux下USB驱动程序的设计

USB(Universal Serial Bus)即通用串行总线，是一种全新的双向同步传输的支持热插拔的数据传输总线，其目的是为了提供一种兼容不同速度的、可扩充的并且使用方便的外围设备接口，同时也是为了解决计算机接口的太多的弊端而设计的。一个USB系统主要有三部分组成：USB互连、USB主机、USB设备三部分组成的，其结构如图1 所示。在编写USB设备驱动程序设计时，可以分为三部分编写：主机端设备驱动程序、主机控制器驱动程序设计和设备端驱动程序三部分，在本文中重点介绍主机端驱动程序的设计。 在嵌入式Linux环境下，USB驱动程序的设计是一个关键环节，因为USB设备的广泛使用和其特有的热插拔、高速传输特性。USB系统由USB互连、USB主机和USB设备三部分构成，允许不同速度的设备无缝连接。在设计USB驱动程序时，主要涉及主机端设备驱动、主机控制器驱动和设备端驱动三个部分。 主机端设备驱动程序是用户应用程序与USB外设之间的桥梁，负责提供访问接口。在Linux系统中，开发者可以通过调用操作系统提供的API函数来编写驱动程序框架，以实现对USB设备的特定操作。主机控制器驱动则专注于驱动USB主机控制器，确保USB设备能够正常工作。在PC环境，主机控制器通常由操作系统内置，而在嵌入式系统中可能需要额外的硬件支持和自定义驱动。 USB设备驱动程序，即设备固件，包含初始化例程、数据传输例程、标准设备和厂商请求处理等，这些处理程序确保设备能正确响应主机的各类操作。例如，初始化例程会处理设备描述符、端点和配置；数据传输例程处理控制、批量、中断和同步传输；标准设备处理请求则响应如获取设备状态等标准请求；厂商请求处理则对应制造商特有的命令。 编写USB驱动程序时，首先需要向Linux内核注册驱动，这通常通过定义`usb_driver`结构体完成，包含驱动名、设备列举、卸载回调函数、文件操作函数指针等信息。注册驱动程序使用`usb_register()`，注销时使用`usb_deregister()`。 例如，以下是一个简化的`usb_driver`结构体实例： ```c static struct usb_driver skel_driver = { name: "skeleton", // 驱动名称 probe: skel_probe, // 设备探测回调 disconnect: skel_disconnect, // 设备断开回调 fops: &skel_fops, // 文件操作结构体指针 minor: USB_SKEL_MINOR_BASE, // 设备次设备号 id_table: skel_table, // 设备ID表 }; ``` `file_operation`结构体定义了驱动程序如何响应用户的读写等操作。注册驱动程序通常在驱动的初始化函数中完成，注销则在退出函数中执行，以确保系统资源的正确释放。 嵌入式Linux下的USB驱动程序设计涉及到对USB设备的全面理解，包括主机端和设备端的交互，以及利用Linux内核提供的接口来实现设备的控制和数据传输。开发过程中，必须熟悉USB协议规范，理解Linux内核的驱动模型，以及如何有效地编写和注册USB驱动程序。这不仅是保证USB设备在嵌入式系统中稳定运行的基础，也是提升系统性能和用户体验的关键。