Linux设备驱动程序学习（16）－USB 驱动程序（一）

从此文档开始，内核使用2.6.29.4

很久没有写《LDD3》的学习笔记了，趁着做项目的机会，学习一下USB的驱动程序，并写学习笔记。
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如果刚开始接触USB，会感觉无从下手，这种感觉就像我第一次接触嵌入式Linux一样。所以要对USB的硬件原理、数据传输和在USB电缆上传输的数据格式有一定的了解。所以推荐一篇《实用USB术语详解》。再去CEPARK ( China Electronics Park ) 电子园看完上面的经典教程和基础知识。看了上面的文章，您会对USB有一定的认识（如果你再写一个简单的在51上的USB固件就更好了），在学习USB的Linux驱动您就会觉得很轻松了。
如果您想要更细的知识，你可以去老古开发网下一本《USB结构体系》，有需要的时候翻一下。您也可以买专门介绍USB的书籍。
拓扑结构上, 一个 USB 子系统并不是以总线的方式来分布; 它是一棵由几个点对点连接构成的树。这些连接是连接设备和集线器的4线电缆(地, 电源, 和 2 个差分信号线), 如同以太网的双绞线。USB主控制器负责询问每个USB设备是否有数据需要发送。
由于这个拓扑结构，一个 USB 设备在没有主控制器要求的情况下不能发送数据. 也就是说：USB是单主方式的实现，主机轮询各外设。但是设备也可以要求一个固定的数据传输带宽，以保证可靠的音视频I/O。USB只作为数据传输通道，对他所收发的数据格式没有特殊的内容和结构上的要求，也就是类似于透传。
Linux内核支持两种主要类型的USB驱动程序：Host系统上的驱动程序（USB device driver）和device上的驱动程序（USB gadget driver）（设备端驱动）。
USB驱动程序存在于不同的内核子系统和USB硬件控制器之中。USB核心为USB驱动程序提供了一个用于访问和控制USB硬件的接口，它隐藏了USB控制器的硬件细节。从这里我们要知道：《LDD3》所谓的USB驱动是针对USB核心提供的接口而写的，并不是真正去操纵USB硬件控制器中的寄存器。这样你必须保证你的板子上CPU的USB硬件控制器的驱动是可用的。否则您就得先搞定CPU的USB硬件控制器的驱动才行。
以下是Linux内核中USB驱动的软件构架：

    如左下图所示，从主机侧的观念去看，在Linux驱动中，USB驱动处于最底层的是USB主机控制器硬件，在其之上运行的是USB主机控制器驱动，主机控制器之上为USB核心层，再上层为USB设备驱动层（插入主机上的U盘、鼠标、USB转串口等设备驱动）。因此，在主机侧的层次结构中，要实现的USB驱动包括两类：USB主机控制器驱动和USB设备驱动，前者控制插入其中的USB设备，后者控制USB设备如何与主机通信。Linux内核USB核心负责USB驱动管理和协议处理的主要工作。主机控制器驱动和设备驱动之间的USB核心非常重要，其功能包括：通过定义一些数据结构、宏和功能函数，向上为设备驱动提供编程接口，向下为USB主机控制器驱动提供编程接口；通过全局变量维护整个系统的USB设备信息；完成设备热插拔控制、总线数据传输控制等。

    如右下图所示，Linux内核中USB设备侧驱动程序分为3个层次：UDC驱动程序、Gadget API和Gadget驱动程序。UDC驱动程序直接访问硬件，控制USB设备和主机间的底层通信，向上层提供与硬件相关操作的回调函数。当前Gadget API是UDC驱动程序回调函数的简单包装。Gadget驱动程序具体控制USB设备功能的实现，使设备表现出“网络连接”、“打印机”或“USB Mass Storage”等特性，它使用Gadget API控制UDC实现上述功能。Gadget API把下层的UDC驱动程序和上层的Gadget驱动程序隔离开，使得在Linux系统中编写USB设备侧驱动程序时能够把功能的实现和底层通信分离。

以上的图和文字载自 华清远见的《Linux设备驱动开发详解》

《LDD3》中的USB驱动的介绍分以下几块：
－－－－－－－－－－－基础知识部分－－－－－－－－－－－－－－
（1）USB设备基础
        端点
        接口
        配置
（2）USB和sysfs
（3）USB urb
        struct urb
        创建和销毁urb
           中断urb
           批量urb
           控制urb
           等时urb
        提交urb
        结束urb：结束回调处理例程
        取消urb
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－－－－－－－－驱动编写部分（一）－－－－－－－－－－－－－－
（4）编写USB驱动程序
        驱动支持什么设备
        注册USB驱动程序
        探测和断开的细节
        提交和控制urb
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－驱动编写部分（二）－－－－－－－－－－－－－－
（5）不使用urb的USB传输
        usb_bulk_msg
        usb_control_msg
（6）其他USB数据函数
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我这份笔记也基本按照这个顺序来写。之后会添加USB gadget的驱动知识。