一、Linux下的USB驱动程序

分离和分层是Linux下驱动程序开发采用的最基本的形式，USB驱动开发在主机端主要涉及两个部分：主机控制器驱动和设备驱动。

主机控制器驱动主要是和具体的Soc相关的，它来识别USB设备，安装对应的设备驱动程序，提供对USB设备的读写函数。

设备驱动主要是根据具体的USB设备对USB主机驱动提供的读写函数获得的数据进行处理，实现这种USB设备特有的功能。具体的层次结构如下所示：


基本的开发环境：

操作系统：Ubuntu12.04

内核：Linux-3.0.86

GUI ：Qtopia2.2.0

交叉编译工具gcc版本 ： 4.5.1


二、USB鼠标设备驱动的实现

这一部分主要完成的功能是：实现一个简单的USB鼠标的设备驱动程序，读取鼠标进行操作所产生的原始的数据。

1、准备工作

默认的在Linux内核当中已经配置上了USB鼠标相关的驱动，所以为了自己编写的驱动程序能加载进内核和使用，先要去掉内核上的USB鼠标驱动。进入内核目录，执行make menuconfig，执行如下配置：

-> Device Drivers
	-> HID Devices
	[ ]USB Human Interface Device (full HID) support
2、设备驱动编写

a、分配、设置、注册一个usb_driver的结构体变量，为了方便定义了如下一个结构体：

/* 定义一个描述USB的结构体 */
struct yl_usbmouse {
	dma_addr_t usb_buf_phys;	/* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
	char *usb_buf_virt;		/* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
	int usb_buf_len;		/* 用来描述缓冲区的大小 */
	struct urb *urb;		/* 描述usb的请求块 */
};
定义一个usb_driver的结构体，并设置它： 

/* 定义一个usb_driver的结构体变量 */
static struct usb_driver yl_usb_mouse_driver = {
	.name		= "yl_usbmouse",
	.probe		= yl_usb_mouse_probe,
	.disconnect	= yl_usb_mouse_disconnect,
	.id_table	= yl_usb_mouse_id_table,
};

在入口函数中注册这个结构体：

/* 模块的入口函数 */
static int __init yl_usb_mouse_init(void)
{	
	/* 注册一个usb_driver的结构体变量 */
	usb_register(&yl_usb_mouse_driver);
	return 0;
}
b、分配、设置、初始化、提交一个urb，urb是用来传递USB主机控制器驱动的数据。当插入的设备和这个usb_driver匹配时，它的probe函数将会调用，我们在probe函数当中实现对urb的一些列操作.

分配一个urb：

/* 1、分配一个usb请求块 */
g_yl_usbmouse.urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
设置、初始化这个urb： 

/* 获取USB设备的某个端点 */
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);

/* 获取传输的数据的长度 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_len = endpoint->wMaxPacketSize;

/* 分配一块缓冲区用来存放usb鼠标的数据 */
g_yl_usbmouse.usb_buf_virt = usb_alloc_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, GFP_ATOMIC, &g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);

/* 2、初始化这个usb请求块 */
usb_fill_int_urb(g_yl_usbmouse.urb, dev, pipe, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, yl_usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
g_yl_usbmouse.urb->transfer_dma = g_yl_usbmouse.usb_buf_phys;
g_yl_usbmouse.urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
提交这个urb： 

/* 3、提交这个usb请求块 */
usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_KERNEL);
c、usb鼠标获取数据的中断处理函数，这个函数是在urb初始化的时候传递进来的回调函数，鼠标发生动作时便会触及这个函数的调用，把鼠标的数据传递进来。它的具体的实现如下所示： 

/* usb鼠标的中断处理函数 */
static void yl_usbmouse_irq(struct urb *urb)
{
	int i = 0;

	/* 依次把数据打印出来 */
	printk("yl_usbmouse data : ");
	for(i = 0; i < g_yl_usbmouse.usb_buf_len; i++)
	{
		printk("0x%x ", g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[i]);
	}
	printk("\n");

	/* 再次提交urb */
	usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
}

这个函数实现的功能很简单：就是把鼠标产生的原始数据打印到终端上即可。

3、编译并安装驱动，在开发板上接入鼠标实验结果如下：


从上面可以看出，鼠标每操作一次会一次性产生7个字节的数据。可以看出这些数据本身只是一些普通的数据，没有任何意义，那怎么让鼠标产生的这些数据发挥作用呢，就需要将usb鼠标和输入子系统结合使用，才能真正发挥USB鼠标的作用。具体实现见下文。


附录：本文实现的完整的例程源代码如下所示：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/usb/input.h>
#include <linux/hid.h>

/* 定义一个描述USB的结构体 */
struct yl_usbmouse {
	dma_addr_t usb_buf_phys;	/* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
	char *usb_buf_virt;		/* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
	int usb_buf_len;		/* 用来描述缓冲区的大小 */
	struct urb *urb;		/* 描述usb的请求块 */
};

/* 定义一个描述USB结构体的变量 */
static struct yl_usbmouse g_yl_usbmouse;

/* usb鼠标的中断处理函数 */
static void yl_usbmouse_irq(struct urb *urb)
{
	int i = 0;

	/* 依次把数据打印出来 */
	printk("yl_usbmouse data : ");
	for(i = 0; i < g_yl_usbmouse.usb_buf_len; i++)
	{
		printk("0x%x ", g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[i]);
	}
	printk("\n");

	/* 再次提交urb */
	usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
}

/* 匹配设备成功时调用的探测函数 */
static int yl_usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
	struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
	struct usb_host_interface *interface;
	struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
	int pipe;

	/* 获取接口和端点信息 */
	interface = intf->cur_altsetting;
	endpoint = &interface->endpoint[0].desc;

	/* 获取USB设备的某个端点 */
	pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);

	/* 获取传输的数据的长度 */
	g_yl_usbmouse.usb_buf_len = endpoint->wMaxPacketSize;

	/* 分配一块缓冲区用来存放usb鼠标的数据 */
	g_yl_usbmouse.usb_buf_virt = usb_alloc_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, GFP_ATOMIC, &g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);

	/* 1、分配一个usb请求块 */
	g_yl_usbmouse.urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);

	/* 2、初始化这个usb请求块 */
	usb_fill_int_urb(g_yl_usbmouse.urb, dev, pipe, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, yl_usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
	g_yl_usbmouse.urb->transfer_dma = g_yl_usbmouse.usb_buf_phys;
	g_yl_usbmouse.urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

	/* 3、提交这个usb请求块 */
	usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_KERNEL); 	

	return 0;
}

/* usb设备拔除时调用的函数 */
static void yl_usb_mouse_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
	struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);

	usb_kill_urb(g_yl_usbmouse.urb);
	usb_free_urb(g_yl_usbmouse.urb);

	usb_free_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
}


/* 定义一个id_table的数组，当usb设备插入时进行比较和判断 */
static struct usb_device_id yl_usb_mouse_id_table [] = {
	{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
		USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
	{ }	/* Terminating entry */
};

/* 定义一个usb_driver的结构体变量 */
static struct usb_driver yl_usb_mouse_driver = {
	.name		= "yl_usbmouse",
	.probe		= yl_usb_mouse_probe,
	.disconnect	= yl_usb_mouse_disconnect,
	.id_table	= yl_usb_mouse_id_table,
};

/* 模块的入口函数 */
static int __init yl_usb_mouse_init(void)
{	
	/* 注册一个usb_driver的结构体变量 */
	usb_register(&yl_usb_mouse_driver);
	return 0;
}

/* 模块的出口函数 */
static void __exit yl_usb_mouse_exit(void)
{	
	/* 注销一个usb_driver的结构体变量 */
	usb_deregister(&yl_usb_mouse_driver);
}

module_init(yl_usb_mouse_init);
module_exit(yl_usb_mouse_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");




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