嵌入式Linux下USB主控制器驱动的研究.pdf

在嵌入式Linux系统中，USB（通用串行总线）主控制器驱动是连接系统与USB设备的关键组件，它使得设备能够实现即插即用和热插拔功能。USB协议的高效性和低成本使其广泛应用于数据采集领域。在嵌入式设备如PDA、机顶盒等中，作为USB主机的支持变得至关重要。 USB协议的分层结构包括三个层次： 1. **底层（Host Controller Driver）**：这一层直接与硬件交互，实现USB事务处理，包括数据的发送和接收。本文的重点就是讨论这一层的驱动设计。 2. **中间层（USB Driver）**：作为核心部分，该层解释主机与设备之间的数据包，并管理设备的配置、资源释放和客户端驱动程序。 3. **高层（Client Driver）**：这一层专注于特定设备的功能，与底层协议分离，简化了开发和设备兼容性。 在嵌入式Linux环境下，USB主控制器驱动程序需要实现以下功能： - 初始化USB总线，建立与USB集线器或设备的通信。 - 处理主机向设备发起的数据请求和响应。 - 实现USB传输协议，包括控制传输、批量传输、中断传输和同步传输。 - 管理USB设备的枚举、配置、断开和重新连接。 - 提供错误处理机制，确保数据传输的可靠性。 以SL811HS为例，这是一个常见的USB主控制器，其驱动程序的设计和实现需要考虑以下方面： - **硬件接口**：理解SL811HS的硬件特性，如寄存器布局、中断处理等，以便编写相应的驱动代码。 - **USB协议的解析**：驱动程序需要解析USB标准定义的包格式，包括包头、数据区和CRC校验等。 - **中断处理**：实现中断服务程序，处理来自USB设备的中断请求。 - **数据传输**：编写读写函数，通过DMA（直接内存访问）或其他方式提高数据传输效率。 - **设备枚举**：识别新连接的设备，分配设备地址，加载适当的设备驱动程序。 - **错误处理**：对传输错误进行适当处理，如重试、恢复或通知用户。 开发过程中，还需要遵循Linux内核的驱动模型，保证与内核其他部分的兼容性。例如，驱动程序通常需要实现`struct usb_driver`结构体，包含注册和注销函数，以及设备枚举和断开连接时的回调函数。 此外，对于嵌入式系统，驱动程序的实时性、效率和内存占用都是设计时需要重点考虑的因素。考虑到嵌入式设备的资源限制，优化代码以降低功耗和内存需求是必要的。 嵌入式Linux下的USB主控制器驱动研究涵盖了硬件接口编程、USB协议解析、中断处理、数据传输和设备管理等多个方面，是嵌入式系统开发中的重要环节。通过深入理解和实践，可以构建稳定、高效的USB设备连接环境。