Linux设备驱动程序学习（16）－USB 驱动程序（一）

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
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

－－－－－－－－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。