初次接触和OS相关的设备驱动编写,感觉还挺有意思的,为了不至于忘掉看过的东西,笔记跟总结当然不可缺,更何况我决定为嵌入式卖命了。好,言归正传,我说一说这段时间的收获,跟大家分享一下Linux的驱动研发。但这次只先针对Linux的USB子系统作分析,因为周五研讨老板催货。当然,还会顺带提一下其他的驱动程式写法。
事实上,Linux的设备驱动都遵循一个惯例——表征驱动程式(用driver更贴切一些,应该称为驱动器比较好吧)的结构体,结构体里面应该包含了驱动程式所需要的任何资源。用术语来说,就是这个驱动器对象所拥有的属性及成员。由于Linux的内核用c来编写,所以我们也按照这种结构化的思想来分析代码,但我还是希望从OO的角度来阐述这些细节。这个结构体的名字有驱动研发人员决定,比如说,鼠标可能有一个叫做mouse_dev的struct,键盘可能由一个keyboard_dev的struct(dev for device,我们做的只是设备驱动)。而这次我们来分析一下Linux内核源码中的一个usb-skeleton(就是usb驱动的骨架咯),自然,他定义的设备结构体就叫做usb-skel:
struct usb_skel {
struct usb_device * udev; /* the usb device for this device */
struct usb_interface * interface; /* the interface for this device */
struct semaphore limit_sem; /* limiting the number of writes in progress */
unsigned char * bulk_in_buffer; /* the buffer to receive data */
size_t bulk_in_size; /* the size of the receive buffer */
__u8 bulk_in_endpointAddr; /* the address of the bulk in endpoint */
__u8 bulk_out_endpointAddr; /* the address of the bulk out endpoint */
struct kref kref;
};
这里我们得补充说明一下一些USB的协议规范细节。USB能够自动监测设备,并调用相应得驱动程式处理设备,所以其规范实际上是相当复杂的,幸好,我们不必理会大部分细节问题,因为Linux已提供相应的解决方案。就我现在的理解来说,USB的驱动分为两块,一块是USB的bus驱动,这个东西,Linux内核已做好了,我们能够不管,但我们至少要了解他的功能。形象得说,USB的bus驱动相当于铺出一条路来,让任何的信息都能够通过这条USB通道到达该到的地方,这部分工作由usb_core来完成。当USB设备接到USB控制器接口时,usb_core就检测该设备的一些信息,例如生产厂商ID和产品的ID,或是设备所属的class、subclass跟protocol,以便确定应该调用哪一个驱动处理该设备。里面复杂细节我们不用管,我们要做的是另一块工作——usb的设备驱动。也就是说,我们就等着usb_core告诉我们要工作了,我们才工作。
从研发人员的角度看,每一个usb设备有若干个配置(configuration)组成,每个配置又能够有多个接口(interface),每个接口又有多个配置(setting图中没有给出),而接口本身可能没有端点或多个端点(end point)。USB的数据交换通过端点来进行,主机和各个端点之间建立起单向的管道来传输数据。而这些接口能够分为四类:

控制(control
用于配置设备、获取设备信息、发送命令或获取设备的状态报告
中断(interrupt
当USB宿主需要设备传输数据时,中断端点会以一个固定的速率传送少量数据,还用于发送数据到USB设备以控制设备,一般不用于传送大量数据。
批量(bulk
用于大量数据的可靠传输,假如总线上的空间不足以发送整个批量包,他会被分割成多个包传输。
等时(isochronous
大量数据的不可靠传输,不确保数据的到达,但确保恒定的数据流,多用于数据采集。
Linux中用struct usb_host_endpoint来描述USB端点,每个usb_host_endpoint中包含一个struct usb_endpoint_descriptor结构体,当中包含该端点的信息连同设备自定义的各种信息,这些信息包括:
bEndpointAddressb for byte
8位端点地址,其地址还隐藏了端点方向的信息(之前说过,端点是单向的),能够用掩码USB_DIR_OUT和USB_DIR_IN来确定。
bmAttributes
端点的类型,结合USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK能够确定端点是USB_ENDPOINT_XFER_ISOC(等时)、USB_ENDPOINT_XFER_BULK(批量)还是USB_ENDPOINT_XFER_INT(中断)。
wMaxPacketSize
端点一次处理的最大字节数。发送的BULK包能够大于这个数值,但会被分割传送。
bInterval
假如端点是中断类型,该值是端点的间隔配置,以毫秒为单位。
在逻辑上,一个USB设备的功能划分是通过接口来完成的。比如说一个USB扬声器,可能会包括有两个接口:一个用于键盘控制,另外一个用于音频流传输。而事实上,这种设备需要用到不同的两个驱动程式来操作,一个控制键盘,一个控制音频流。但也有例外,比如蓝牙设备,需要有两个接口,第一用于ACL跟EVENT的传输,另外一个用于SCO链路,但两者通过一个驱动控制。在Linux上,接口使用

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