USB驱动程序编写.docx
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USB驱动程序编写
USB驱动程序编写
linux下usb驱动编写（内核2.4）——2.6与此接口有区别2006-09-1514:
57我们知道了在Linux下如何去使用一些最常见的USB设备。
但对于做系统设计的程序员来说，这是远远不够的，我们还需要具有驱动程序的阅读、修改和开发能力。
在此下篇中，就是要通过简单的USB驱动的例子，随您一起进入USB驱动开发的世界。
USB骨架程序（usb-skeleton），是USB驱动程序的基础，通过对它源码的学习和理解，可以使我们迅速地了解USB驱动架构，迅速地开发我们自己的USB硬件的驱动。
USB驱动开发
在掌握了USB设备的配置后，对于程序员，我们就可以尝试进行一些简单的USB驱动的修改和开发了。
这一段落，我们会讲解一个最基础USB框架的基础上，做两个小的USB驱动的例子。
USB骨架
在Linuxkernel源码目录中driver/usb/usb-skeleton.c为我们提供了一个最基础的USB驱动程序。
我们称为USB骨架。
通过它我们仅需要修改极少的部分，就可以完成一个USB设备的驱动。
我们的USB驱动开发也是从她开始的。
那些linux下不支持的USB设备几乎都是生产厂商特定的产品。
如果生产厂商在他们的产品中使用自己定义的协议，他们就需要为此设备创建特定的驱动程序。
当然我们知道，有些生产厂商公开他们的USB协议，并帮助Linux驱动程序的开发，然而有些生产厂商却根本不公开他们的USB协议。
因为每一个不同的协议都会产生一个新的驱动程序，所以就有了这个通用的USB驱动骨架程序，它是以pci骨架为模板的。
如果你准备写一个linux驱动程序，首先要熟悉USB协议规范。
USB主页上有它的帮助。
一些比较典型的驱动可以在上面发现，同时还介绍了USBurbs的概念，而这个是usb驱动程序中最基本的。
LinuxUSB驱动程序需要做的第一件事情就是在LinuxUSB子系统里注册，并提供一些相关信息，例如这个驱动程序支持那种设备，当被支持的设备从系统插入或拔出时，会有哪些动作。
所有这些信息都传送到USB子系统中，在usb骨架驱动程序中是这样来表示的：
staticstructusb_driverskel_driver={
name:
"skeleton",
probe:
skel_probe,
disconnect:
skel_disconnect,
fops:
&skel_fops,
minor:
USB_SKEL_MINOR_BASE,
id_table:
skel_table,
};
变量name是一个字符串，它对驱动程序进行描述。
probe和disconnect是函数指针，当设备与在id_table中变量信息匹配时，此函数被调用。
fops和minor变量是可选的。
大多usb驱动程序钩住另外一个驱动系统，例如SCSI，网络或者tty子系统。
这些驱动程序在其他驱动系统中注册，同时任何用户空间的交互操作通过那些接口提供，比如我们把SCSI设备驱动作为我们USB驱动所钩住的另外一个驱动系统，那么我们此USB设备的read、write等操作，就相应按SCSI设备的read、write函数进行访问。
但是对于扫描仪等驱动程序来说，并没有一个匹配的驱动系统可以使用，那我们就要自己处理与用户空间的read、write等交互函数。
Usb子系统提供一种方法去注册一个次设备号和函数指针，这样就可以与用户空间实现方便地交互。
USB骨架程序的关键几点如下：
USB驱动的注册和注销
Usb驱动程序在注册时会发送一个命令给usb_register，通常在驱动程序的初始化函数里。
当要从系统卸载驱动程序时，需要注销usb子系统。
即需要usb_unregister函数处理：
staticvoid__exitusb_skel_exit（void）
{
/*deregisterthisdriverwiththeUSBsubsystem*/
usb_deregister（&skel_driver）;
}
module_exit（usb_skel_exit）;
当usb设备插入时，为了使linux-hotplug（Linux中PCI、USB等设备热插拔支持）系统自动装载驱动程序，你需要创建一个MODULE_DEVICE_TABLE。
代码如下（这个模块仅支持某一特定设备）：
/*tableofdevicesthatworkwiththisdriver*/
staticstructusb_device_idskel_table[]={
{USB_DEVICE（USB_SKEL_VENDOR_ID,
USB_SKEL_PRODUCT_ID）},
{}/*Terminatingentry*/
};
MODULE_DEVICE_TABLE（usb,skel_table）;
USB_DEVICE宏利用厂商ID和产品ID为我们提供了一个设备的唯一标识。
当系统插入一个ID匹配的USB设备到USB总线时，驱动会在USBcore中注册。
驱动程序中probe函数也就会被调用。
usb_device结构指针、接口号和接口ID都会被传递到函数中。
staticvoid*skel_probe（structusb_device*dev,
unsignedintifnum,conststructusb_device_id*id）
驱动程序需要确认插入的设备是否可以被接受，如果不接受，或者在初始化的过程中发生任何错误，probe函数返回一个NULL值。
否则返回一个含有设备驱动程序状态的指针。
通过这个指针，就可以访问所有结构中的回调函数。
在骨架驱动程序里，最后一点是我们要注册devfs。
我们创建一个缓冲用来保存那些被发送给usb设备的数据和那些从设备上接受的数据，同时USBurb被初始化，并且我们在devfs子系统中注册设备，允许devfs用户访问我们的设备。
注册过程如下：
/*initializethedevfsnodeforthisdevice
andregisterit*/
sprintf（name,"skel%d",skel->minor）;
skel->devfs=devfs_register
（usb_devfs_handle,name,
DEVFS_FL_DEFAULT,USB_MAJOR,
USB_SKEL_MINOR_BASE+skel->minor,
S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR|
S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH,
&skel_fops,NULL）;
如果devfs_register函数失败，不用担心，devfs子系统会将此情况报告给用户。
当然最后，如果设备从usb总线拔掉，设备指针会调用disconnect函数。
驱动程序就需要清除那些被分配了的所有私有数据、关闭urbs，并且从devfs上注销调自己。
/*removeourdevfsnode*/
devfs_unregister（skel->devfs）;
现在，skeleton驱动就已经和设备绑定上了，任何用户态程序要操作此设备都可以通过结构所定义的函数进行了。
首先，我们要open此设备。
在open函数中MODULE_INC_USE_COUNT宏是一个关键，它的作用是起到一个计数的作用，有一个用户态程序打开一个设备，计数器就加一，例如，我们以模块方式加入一个驱动，若计数器不为零，就说明仍然有用户程序在使用此驱动，这时候，你就不能通过rmmod命令卸载驱动模块了。
/*incrementourusagecountforthemodule*/
MOD_INC_USE_COUNT;
++skel->open_count;
/*saveourobjectinthefile'sprivatestructure*/
file->private_data=skel;
当open完设备后，read、write函数就可以收、发数据了。
skel的write、和read函数
他们是完成驱动对读写等操作的响应。
在skel_write中，一个FILL_BULK_URB函数，就完成了urb系统callbak和我们自己的skel_write_bulk_callback之间的联系。
注意skel_write_bulk_callback是中断方式，所以要注意时间不能太久，本程序中它就只是报告一些urb的状态等。
read函数与write函数稍有不同在于：
程序并没有用urb将数据从设备传送到驱动程序，而是我们用usb_bulk_msg函数代替，这个函数能够不需要创建urbs和操作urb函数的情况下，来发送数据给设备，或者从设备来接收数据。
我们调用usb_bulk_msg函数并传提一个存储空间，用来缓冲和放置驱动收到的数据，若没有收到数据，就失败并返回一个错误信息。
usb_bulk_msg函数
当对usb设备进行一次读或者写时，usb_bulk_msg函数是非常有用的;然而,当你需要连续地对设备进行读/写时，建议你建立一个自己的urbs，同时将urbs提交给usb子系统。
skel_disconnect函数
当我们释放设备文件句柄时，这个函数会被调用。
MOD_DEC_USE_COUNT宏会被用到（和MOD_INC_USE_COUNT刚好对应，它减少一个计数器），首先确认当前是否有其它的程序正在访问这个设备，如果是最后一个用户在使用，我们可以关闭任何正在发生的写，操作如下：
/*decrementourusagecountforthedevice*/
--skel->open_count;
if（skel->open_count<=0）{
/*shutdownanybulkwritesthatmightbe
goingon*/
usb_unlink_urb（skel->write_urb）;
skel->open_count=0;
}
/*decrementourusagecountforthemodule*/
MOD_DEC_USE_COUNT;
最困难的是，usb设备可以在任何时间点从系统中取走，即使程序目前正在访问它。
usb驱动程序必须要能够很好地处理解决此问题，它需要能够切断任何当前的读写，同时通知用户空间程序：
usb设备已经被取走。
如果程序有一个打开的设备句柄，在当前结构里，我们只要把它赋值为空，就像它已经消失了。
对于每一次设备读写等其它函数操作，我们都要检查usb_device结构是否存在。
如果不存在，就表明设备已经消失，并返回一个-ENODEV错误给用户程序。
当最终我们调用release函数时，在没有文件打开这个设备时，无论usb_device结构是否存在、它都会清空skel_disconnect函数所作工作。
Usb骨架驱动程序，提供足够的例子来帮助初始人员在最短的时间里开发一个驱动程序。
更多信息你可以到linuxusb开发新闻组去寻找。
U盘、USB读卡器、MP3、数码相机驱动
对于一款windows下用的很爽的U盘、USB读卡器、MP3或数码相机，可能Linux下却不能支持。
怎么办？
其实不用伤心，也许经过一点点的工作，你就可以很方便地使用它了。
通常是此U盘、USB读卡器、MP3或数码相机在WindowsXP中不需要厂商专门的驱动就可以识别为移动存储设备，这样的设备才能保证成功，其他的就看你的运气了。
USB存储设备，他们的read、write等操作都是通过上章节中提到的钩子，把自己的操作钩到SCSI设备上去的。
我们就不需要对其进行具体的数据读写处理了。
第一步：
我们通过cat/proc/bus/usb/devices得到当前系统探测到的USB总线上的设备信息。
它包括Vendor、ProdID、Product等。
下面是我买的一款杂牌CF卡读卡器插入后的信息片断：
T:
Bus=01Lev=01Prnt=01Port=01Cnt=02Dev#=5Spd=12MxCh=0
D:
Ver=1.10Cls=00（>ifc）Sub=00Prot=00MxPS=8#Cfgs=1
P:
Vendor=07c4ProdID=a400Rev=1.13
S:
Manufacturer=USB
S:
Product=MassStorage
C:
*#Ifs=1Cfg#=1Atr=80MxPwr=70mA
I:
If#=0Alt=0#EPs=2Cls=08（vend.）Sub=06Prot=50Driver=usb-storage
E:
Ad=81（I）Atr=02（Bulk）MxPS=64Ivl=0ms
E:
Ad=02（O）Atr=02（Bulk）MxPS=64Ivl=0ms
其中，我们最关心的是Vendor=07c4ProdID=a400和Manufacturer=USB（果然是杂牌，厂商名都看不到）Product=MassStorage。
对于这些移动存储设备，我们知道Linux下都是通过usb-storage.o驱动模拟成scsi设备去支持的，之所以不支持，通常是usb-storage驱动未包括此厂商识别和产品识别信息（在类似skel_probe的USB最初探测时被屏蔽了）。
对于USB存储设备的硬件访问部分，通常是一致的。
所以我们要支持它，仅需要修改usb-storage中关于厂商识别和产品识别列表部分。
第二部，打开drivers/usb/storage/unusual_devs.h文件，我们可以看到所有已知的产品登记表，都是以UNUSUAL_DEV（idVendor,idProduct,bcdDeviceMin,bcdDeviceMax,vendor_name,product_name,use_protocol,use_transport,init_function,Flags）方式登记的。
其中相应的涵义，你就可以根据命名来判断了。
所以只要我们如下填入我们自己的注册，就可以让usb-storage驱动去认识和发现它。
UNUSUAL_DEV（07c4,a400,0x0000,0xffff,
"USB","MassStorage",
US_SC_SCSI,US_PR_BULK,NULL,
US_FL_FIX_INQUIRY|US_FL_START_STOP|US_FL_MODE_XLATE）
注意：
添加以上几句的位置，一定要正确。
比较发现，usb-storage驱动对所有注册都是按idVendor,idProduct数值从小到大排列的。
我们也要放在相应位置。
最后，填入以上信息，我们就可以重新编译生成内核或usb-storage.o模块。
这时候插入我们的设备就可以跟其他U盘一样作为SCSI设备去访问了。
目前很多键盘都有飞梭和手写板，下面我们就尝试为一款键盘飞梭加入一个驱动。
在通常情况，当我们插入USB接口键盘时，在/proc/bus/usb/devices会看到多个USB设备。
比如：
你的USB键盘上的飞梭会是一个，你的手写板会是一个，若是你的USB键盘有USB扩展连接埠，也会看到。
下面是具体看到的信息
T:
Bus=02Lev=00Prnt=00Port=00Cnt=00Dev#=1Spd=12MxCh=2
B:
Alloc=11/900us（1%）,#Int=1,#Iso=0
D:
Ver=1.00Cls=09（hub）Sub=00Prot=00MxPS=8#Cfgs=1
P:
Vendor=0000ProdID=0000Rev=0.00
S:
Product=USBUHCIRootHub
S:
SerialNumber=d800
C:
*#Ifs=1Cfg#=1Atr=40MxPwr=0mA
I:
If#=0Alt=0#EPs=1Cls=09（hub）Sub=00Prot=00Driver=hub
E:
Ad=81（I）Atr=03（Int.）MxPS=8Ivl=255ms
T:
Bus=02Lev=01Prnt=01Port=01Cnt=01Dev#=3Spd=12MxCh=3
D:
Ver=1.10Cls=09（hub）Sub=00Prot=00MxPS=8#Cfgs=1
P:
Vendor=07e4ProdID=9473Rev=0.02
S:
Manufacturer=ALCOR
S:
Product=MovadoUSBKeyboard
C:
*#Ifs=1Cfg#=1Atr=e0MxPwr=100mA
I:
If#=0Alt=0#EPs=1Cls=09（hub）Sub=00Prot=00Driver=hub
E:
Ad=81（I）Atr=03（Int.）MxPS=1Ivl=255ms
找到相应的信息后就可开始工作了。
实际上，飞梭的定义和键盘键码通常是一样的，所以我们参照drivers/usb/usbkbd..c代码进行一些改动就可以了。
因为没能拿到相应的硬件USB协议，我无从知道飞梭在按下时通讯协议众到底发什么，我只能把它的信息打出来进行分析。
幸好，它比较简单，在下面代码的usb_kbd_irq函数中if（kbd->new[0]==（char）0x01）和if（（（kbd->new[1]>>4）&0x0f）!
=0x7）就是判断飞梭左旋。
usb_kbd_irq函数就是键盘中断响应函数。
他的挂接，就是在usb_kbd_probe函数中
FILL_INT_URB（&kbd->irq,dev,pipe,kbd->new,maxp>8?
8:
maxp,
usb_kbd_irq,kbd,endpoint->bInterval）;
一句中实现。
从usb骨架中我们知道，usb_kbd_probe函数就是在USB设备被系统发现是运行的。
其他部分就都不是关键了。
你可以根据具体的探测值（Vendor=07e4ProdID=9473等）进行一些修改就可以了。
值得一提的是，在键盘中断中，我们的做法是收到USB飞梭消息后，把它模拟成左方向键和右方向键，在这里，就看你想怎么去响应它了。
当然你也可以响应模拟成F14、F15等扩展键码。
在了解了此基本的驱动后，对于一个你已经拿到通讯协议的键盘所带手写板，你就应该能进行相应驱动的开发了吧。
附一个键盘飞梭的源码
使用此驱动要注意的问题：
在加载此驱动时你必须先把hid设备卸载，加载完usbhkey.o模块后再加载hid.o。
因为若hid存在，它的probe会屏蔽系统去利用我们的驱动发现我们的设备。
其实，飞梭本来就是一个hid设备，正确的方法，或许你应该修改hid的probe函数，然后把我们的驱动融入其中。
键盘飞梭驱动
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/*
*VersionInformation
*/
#defineDRIVER_VERSION""
#defineDRIVER_AUTHOR"TGEHOTKEY"
#defineDRIVER_DESC"USBHIDTgehotkeydriver"
#defineUSB_HOTKEY_VENDOR_ID0x07e4
#defineUSB_HOTKEY_PRODUCT_ID0x9473
//厂商和产品ID信息就是/proc/bus/usb/devices中看到的值
MODULE_AUTHOR（DRIVER_AUTHOR）;
MODULE_DESCRIPTION（DRIVER_DESC）;
structusb_kbd{
structinput_devdev;
structusb_device*usbdev;
unsignedcharnew[8];
unsignedcharold[8];
structurbirq,led;
//devrequestdr;
//这一行和下一行的区别在于kernel2.4.20版本对usb_kbd键盘结构定义发生了变化
structusb_ctrlrequestdr;
unsignedcharleds,newleds;
charname[128];
intopen;
};
//此结构来自内核中drivers/usb/usbkbd..c
staticvoidusb_kbd_irq（structurb*urb）
{
structusb_kbd*kbd=urb->context;
int*new;
new=（int*）kbd->new;
if（kbd->new[0]==（char）0x01）
{
if（（（kbd->new[1]>>4）&0x0f）!
=0x7）
{
handle_scancode（0xe0,1）;
handle_scancode（0x4b,1）;
handle_scancode（0xe0,0）;
handle_scancode（0x4b,0）;
}
else
{
handle_scancode（0xe0,1）;
handle_scancode（0x4d
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