USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，意為通用串行總線。USB是一種快速、雙向、同步、低成本、動態(tài)可連接的串行接口。USB現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用到各種設備上，尤其是手持設備，幾乎都采用了USB接口?，F(xiàn)在，USB即可用來與其他設備連接后高速地傳遞數(shù)據(jù)，又可用來充電，使手持設備可以發(fā)揮U盤、MODEM、無線網(wǎng)卡等作用。

　　事實上，USB只是主機和外圍設備之間的連接。如何來促使這種連接發(fā)揮作用，就需要驅(qū)動程序。驅(qū)動程序主要解決硬件“需要提供什么功能”以及“如何使用這些功能”。在Linux系統(tǒng)中，USB設備可以作為主機使用，也可作為從設備使用。對應的USB驅(qū)動程序有兩種主要的類型：宿主系統(tǒng)上的驅(qū)動程序和設備上的驅(qū)動程序。從宿主的觀點來看(例如普通的左桌面計算機)，宿主系統(tǒng)的USB驅(qū)動程序控制插入其中的USB設備，而USB設備的驅(qū)動程序則控制該設備如何作為一個USB設備和主機通信。

　　1 USB設備基礎(chǔ)

　　USB設備的構(gòu)成包括配置接口和端點，以及USB驅(qū)動程序如何綁定到USB接口上。端點是USB通信最基本的形式，USB端點只能是往一個方向傳送數(shù)據(jù)，即從主機到設備(稱為輸出端點)或者從設備到主機(稱為輸入端點)，故可以看作是單向管道。USB有四種不同的類型，分別對應不同的傳輸類型：控制、中斷、批量、等時。其次接口，USB端點被綁定即為接口。USB的一個接口只處理一種USB邏輯連接；一個USB設備可以有多個接口，不同的接口可以代表不同的功能，因此，功能不同的USB接口需要不同的驅(qū)動程序。另外就是配置，USB接口本身被綁定為配置。一個USB設備可以有多個配置，而且可以在配置之間切換以改變設備的狀態(tài)；一個時刻只能激活一個配置，怛一個配置通常具有一個或者更多的接口。

　　USB設備可由許多不同的邏輯單元組成，實際上，也就是這三種邏輯單元組合而成的。Linux內(nèi)核中的USB代碼一般要用URB (usbrequst block)與USB設備通信。URB用struct urb結(jié)構(gòu)體描述，它能以一種異步的方式往／從特定的USB端點發(fā)送／接收數(shù)據(jù)。USB設備驅(qū)動程序可能會為單個端點分配許多的URB，也可能對許多不同的端點重用單個URB，這取決于驅(qū)動的需要。當USB驅(qū)動程序只發(fā)送或接收一些簡單的USB數(shù)據(jù)時，可以使用兩個很簡單的接口函數(shù)：usb_bulk_msg、usb_control_msg。

　　2 USB設備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)

　　圖1所示是Linux環(huán)境下USB驅(qū)動的總體結(jié)構(gòu)。從圖l中可以看到：在主機側(cè)層次結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)USB驅(qū)動有兩類方式：USB主機控制器驅(qū)動和USB設備驅(qū)動；USB主機控制驅(qū)動主要控制插入其中的USB設備，主機控制器可以分為三類，分別對應于三種USB主控制器；USB設備驅(qū)動則用于控制USB設備如何與主機通信；USB核心負責USB驅(qū)動管理和協(xié)議處理的主要工作。

　　USB核心向上可為設備驅(qū)動提供編程接口，向下可為USB主機控制器驅(qū)動提供編程接口；它可以通過全局變量維護整個系統(tǒng)的USB設備信息，從而完成設備的熱插拔控制和總線數(shù)據(jù)傳輸控制等驅(qū)動。

　　另外，在從設備側(cè)，Linux內(nèi)核中的USB設備側(cè)驅(qū)動程序可分為3個層次：USB設備控制器(UDC)驅(qū)動程序、Gadget API和Gadget驅(qū)動程序；UDC驅(qū)動程序可直接訪問硬件，控制USB設備和主機間的底層通信，并向上層提供和硬件相關(guān)的操作回調(diào)函數(shù)。不同的設備控制器硬件有不同的設備控制器驅(qū)動程序；Gadget驅(qū)動主要控制USB設備功能的實現(xiàn)，它使用Gadget API傳遞控制信息給UDC驅(qū)動程序，以便實現(xiàn)具體功能。

　　Gadget API是設備控制器的控制功能抽象接口，Gadget驅(qū)動程序可以試用Gadget API，它可以把下層的UDC驅(qū)動程序和上層Gadget驅(qū)動程序相隔離，以使得在linux系統(tǒng)中編寫USB設備側(cè)驅(qū)動程序時，能夠把功能的實現(xiàn)和底層通信相分離。

　　如果要在S3c24．10上實現(xiàn)大存儲類從設備，則需要運行file_storage．c和s3c2410_udc．c這兩個驅(qū)動程序。file_stoarge．c具體控制USB設備功能的實現(xiàn)，它使用Gadget API來控制s3c2410．c以實現(xiàn)其功能。s3c2410．c驅(qū)動程序可直接訪問硬件，以控制USB設備和主機間的底層通信，同時向上層提供和硬件相關(guān)操作的回調(diào)函數(shù)。

　　3 USB從設備驅(qū)動

　　驅(qū)動程序完成的功能包括初始化設備、為各類設備提供服務、負責內(nèi)核與設備間的數(shù)據(jù)交換、以及檢測和處理設備工作過程中出現(xiàn)的錯誤等。

　　基于完成這些功能，每個驅(qū)動程序都需要注冊和注銷，這樣，內(nèi)核才能知道有這個驅(qū)動的存在或者驅(qū)動的卸載。下面是兩個最基本的模塊：

　　module_init(usb_skel_init)；

　　module_exit(usb_skel_exit)；

??? 對于USB從設備而言，結(jié)構(gòu)USB_gadget就可以代表。Gadget通過“Gadget驅(qū)動程序”來實現(xiàn)設備功能，處理所有的USB配置和接口。通過操作函數(shù)集，Gadget驅(qū)動程序與硬件特定代碼間接通信。它將Gadget驅(qū)動程序與那個硬件細節(jié)隔開，并通過I／O隊列包裝硬件端點。 “usb_gadget”“usb_ep”接口則可提供對硬件的隔離。

　　其結(jié)構(gòu)usb＿gadget的代碼如下：

　　結(jié)構(gòu)usb_gadget_ops是USB設備控制期的設備控制函數(shù)集，其操作包括get_frames、wakeup、pullop、ioctl等。結(jié)構(gòu)struct usb_ep是USB端點從設備側(cè)的代表，總線控制器驅(qū)動程序中列出了在gadget－>ep_list里所有的通用端點，但控制端點不在列表中，它僅在回應驅(qū)動程序的setup 0 回調(diào)函數(shù)時才被訪問，其代碼如下：

　　4 結(jié)束語

　　本文主要通過在S3C2401上實現(xiàn)USB從設備的驅(qū)動程序，介紹了USB從設備驅(qū)動的研究方法。Linux作為一個開源操作系統(tǒng)，設備驅(qū)動程序的開發(fā)有著其它操作系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢，大量的開放源代碼無疑可以加速USB從設備驅(qū)動，并使其應用更加廣泛。因此，USB作為一種新型的高速外設總線，它必將更加促進linux系統(tǒng)源碼的開發(fā)和完善，同時亦會促進自身的更廣泛的應用。