libusb

驅動開發向來是內核開發中工作量最多的一塊，隨着USB設備的普及，大量的USB設備的驅動開發也成爲驅動開發者手頭上做的最多的事情。本文主要介紹 Linux平臺下基於libusb的驅動開發，希望能夠給從事Linux驅動開發的朋友帶來些幫助，更希望能夠給其他平臺上的無驅設計帶來些幫助。文章是我在工作中使用libusb的一些總結，難免有錯誤，如有不當的地方，還請指正。

Linux 平臺上的usb驅動開發，主要有內核驅動的開發和基於libusb的無驅設計。

對於內核驅動的大部分設備，諸如帶usb接口的hid設備，linux本身已經自帶了相關的驅動，我們只要操作設備文件便可以完成對設備大部分的操作，而另外一些設備，諸如自己設計的硬件產品，這些驅動就需要我們驅動工程師開發出相關的驅動了。內核驅動有它的優點，然而內核驅動在某些情況下會遇到如下的一些問題：

1 當使用我們產品的客戶有2.4內核的平臺，同時也有2.6內核的平臺，我們要設計的驅動是要兼容兩個平臺的，就連makefile 我們都要寫兩個。

2 當我們要把linux移植到嵌入平臺上，你會發現原先linux自帶的驅動移過去還挺大的，我的內核當然是越小越好拉，這樣有必要麼。這還不是最鬱悶的地方，如果嵌入平臺是客戶的，客戶要購買你的產品，你突然發現客戶設備裏的系統和你的環境不一樣，它沒有你要的驅動了，你的程序運行不了，你會先想：“沒關係，我寫個內核驅動加載一下不就行了“。卻發現客戶連insmod加載模塊的工具都沒移植，那時你就看看老天，說聲我怎麼那麼倒黴啊，客戶可不想你動他花了n時間移植的內核哦

3 花了些功夫寫了個新產品的驅動，挺有成就感啊，代碼質量也是相當的有水準啊。正當你沉醉在你的代碼中時，客服不斷的郵件來了，“客戶需要2.6.5內核的驅動，config文件我已經發你了” “客戶需要雙核的 2.6.18-smp 的驅動” “客戶的平臺是自己定製的是2.6.12-xxx “ 你恨不得把驅動的源代碼給客戶，這樣省得編譯了。你的一部分工作時間編譯內核，定製驅動

有問題產生必然會有想辦法解決問題的人， libusb的出現給我們帶來了某些方便，即節約了我們的時間，也降低了公司的成本。所以在一些情況下，就可以考慮使用libusb的無驅設計了。

下面我們就來詳細討論一下libusb, 並以寫一個hid設備的驅動來講解如何運用libusb,至於文章中涉及的usb協議的知識，限於篇幅，就不詳細講解了，相關的可自行查看usb相關協議。

一 libusb 介紹

libusb 設計了一系列的外部API 爲應用程序所調用，通過這些API應用程序可以操作硬件，從libusb的源代碼可以看出，這些API 調用了內核的底層接口，和kernel driver中所用到的函數所實現的功能差不多，只是libusb更加接近USB 規範。使得libusb的使用也比開發內核驅動相對容易的多。

Libusb 的編譯安裝請查看Readme,這裏不做詳解

二 libusb 的外部接口

2.1 初始化設備接口

這些接口也可以稱爲核心函數，它們主要用來初始化並尋找相關設備。

usb_init

函數定義： void usb_init(void);

從函數名稱可以看出這個函數是用來初始化相關數據的，這個函數大家只要記住必須調用就行了，而且是一開始就要調用的.

usb_find_busses

函數定義： int usb_find_busses(void);

尋找系統上的usb總線，任何usb設備都通過usb總線和計算機總線通信。進而和其他設備通信。此函數返回總線數。

usb_find_devices

函數定義： int usb_find_devices(void);

尋找總線上的usb設備，這個函數必要在調用usb_find_busses()後使用。以上的三個函數都是一開始就要用到的，此函數返回設備數量。

usb_get_busses

函數定義： struct usb_bus *usb_get_busses(void);

這個函數返回總線的列表，在高一些的版本中已經用不到了，這在下面的實例中會有講解

2.2 操作設備接口

usb_open

函數定義： usb_dev_handle *usb_open(struct *usb_device dev);

打開要使用的設備，在對硬件進行操作前必須要調用usb_open 來打開設備，這裏大家看到有兩個結構體 usb_dev_handle 和 usb_device 是我們在開發中經常碰到的，有必要把它們的結構看一看。在libusb 中的usb.h和usbi.h中有定義。

這裏我們不妨理解爲返回的 usb_dev_handle 指針是指向設備的句柄，而行參裏輸入就是需要打開的設備。

usb_close

函數定義： int usb_close(usb_dev_handle *dev);

與usb_open相對應，關閉設備，是必須調用的, 返回0成功，<0 失敗。

usb_set_configuration

函數定義： int usb_set_configuration(usb_dev_handle *dev, int configuration);

設置當前設備使用的configuration，參數configuration 是你要使用的configurtation descriptoes中的bConfigurationValue, 返回0成功，<0失敗( 一個設備可能包含多個configuration,比如同時支持高速和低速的設備就有對應的兩個configuration,詳細可查看usb標準)

usb_set_altinterface

函數定義： int usb_set_altinterface(usb_dev_handle *dev, int alternate);

和名字的意思一樣，此函數設置當前設備配置的interface descriptor，參數alternate是指interface descriptor中的bAlternateSetting。返回0成功，<0失敗

usb_resetep

函數定義： int usb_resetep(usb_dev_handle *dev, unsigned int ep);

復位指定的endpoint，參數ep 是指bEndpointAddress,。這個函數不經常用，被下面介紹的usb_clear_halt函數所替代。

usb_clear_halt

函數定義： int usb_clear_halt (usb_dev_handle *dev, unsigned int ep);

復位指定的endpoint，參數ep 是指bEndpointAddress。這個函數用來替代usb_resetep

usb_reset

函數定義： int usb_reset(usb_dev_handle *dev);

這個函數現在基本不怎麼用，不過這裏我也講一下，和名字所起的意思一樣，這個函數reset設備，因爲重啓設備後還是要重新打開設備，所以用usb_close就已經可以滿足要求了。

usb_claim_interface

函數定義： int usb_claim_interface(usb_dev_handle *dev, int interface);

註冊與操作系統通信的接口，這個函數必須被調用，因爲只有註冊接口，才能做相應的操作。

Interface 指 bInterfaceNumber. (下面介紹的usb_release_interface 與之相對應，也是必須調用的函數)

usb_release_interface

函數定義： int usb_release_interface(usb_dev_handle *dev, int interface);

註銷被usb_claim_interface函數調用後的接口，釋放資源，和usb_claim_interface對應使用。

2.3 控制傳輸接口

usb_control_msg

函數定義：int usb_control_msg(usb_dev_handle *dev, int requesttype, int request, int value, int index, char *bytes, int size, int timeout);

從默認的管道發送和接受控制數據

usb_get_string

函數定義： int usb_get_string(usb_dev_handle *dev, int index, int langid, char *buf, size_t buflen);

usb_get_string_simple

函數定義： int usb_get_string_simple(usb_dev_handle *dev, int index, char *buf, size_t buflen);

usb_get_descriptor

函數定義： int usb_get_descriptor(usb_dev_handle *dev, unsigned char type, unsigned char index, void *buf, int size);

usb_get_descriptor_by_endpoint

函數定義： int usb_get_descriptor_by_endpoint(usb_dev_handle *dev, int ep, unsigned char type, unsigned char index, void *buf, int size);

2.4 批傳輸接口

usb_bulk_write

函數定義： int usb_bulk_write(usb_dev_handle *dev, int ep, char *bytes, int size, int timeout);

usb_interrupt_read

函數定義： int usb_interrupt_read(usb_dev_handle *dev, int ep, char *bytes, int size, int timeout);

2.5 中斷傳輸接口

usb_bulk_write

函數定義： int usb_bulk_write(usb_dev_handle *dev, int ep, char *bytes, int size, int timeout);

usb_interrupt_read

函數定義： int usb_interrupt_read(usb_dev_handle *dev, int ep, char *bytes, int size, int timeout);

基本上libusb所經常用到的函數就有這些了，和usb協議確實很接近吧。下面我們實例在介紹一個應用。

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Libusb庫的使用

使用libusb之前你的linux系統必須裝有usb文件系統，這裏還介紹了使用hiddev設備文件來訪問設備，目的在於不僅可以比較出usb的易用性，還提供了一個轉化成libusb驅動的案例。

3.1 find設備

任何驅動第一步首先是尋找到要操作的設備，我們先來看看HID驅動是怎樣尋找到設備的。我們假設尋找設備的函數Device_Find(注：代碼只是爲了方便解說，不保證代碼的健全)

/* 我們簡單看一下使用hid驅動尋找設備的實現，然後在看一下libusb是如何尋找設備的 */

int Device_Find()

{

char dir_str[100]; /* 這個變量我們用來保存設備文件的目錄路徑 */

char hiddev[100]; /* 這個變量用來保存設備文件的全路徑 */

DIR dir;

/* 申請的字符串數組清空，這個編程習慣要養成 */

memset (dir_str, 0 , sizeof(dir_str));

memset (hiddev, 0 , sizeof(hiddev));

/* hiddev 的設備描述符不在/dev/usb/hid下面，就在/dev/usb 下面

這裏我們使用opendir函數來檢驗目錄的有效性

打開目錄返回的值保存在變量dir裏，dir前面有聲明

dir=opendir("/dev/usb/hid");

if(dir){

/* 程序運行到這裏，說明存在 /dev/usb/hid 路徑的目錄 */

sprintf(dir_str,"/dev/usb/hid/");

closedir(dir);

}else{

/* 如果不存在hid目錄，那麼設備文件就在/dev/usb下 */

sprintf(dir_str,"/dev/usb/");

}

/* DEVICE_MINOR 是指設備數，HID一般是16個 */

for(i = 0; i < DEVICE_MINOR; i++) {

/* 獲得全路徑的設備文件名，一般hid設備文件名是hiddev0 到 hiddev16 */

sprintf(hiddev, "%shiddev%d", dir_str,i);

/* 打開設備文件,獲得文件句柄 */

fd = open(hiddev, O_RDWR);

if(fd > 0) {

/* 操作設備獲得設備信息 */

ioctl(fd, HIDIOCGDEVINFO, &info);

/* VENDOR_ID 和 PRODUCT_ID 是標識usb設備廠家和產品ID,驅動都需要這兩個參數來尋找設備,到此我們尋找到了設備 */

if(info.vendor== VENDOR_ID && info.product== PRODUCT_ID) {

/* 這裏添加設備的初始化代碼 */

device_num++; /* 找到的設備數 */

}

close(fd);

}

return device_num; /* 返回尋找的設備數量 */

}

我們再來看libusb是如何來尋找和初始化設備

int Device_Find()

{

struct usb_bus *busses;

int device_num = 0;

device_num = 0; /* 記錄設備數量 */

usb_init(); /* 初始化 */

usb_find_busses(); /* 尋找系統上的usb總線 */

usb_find_devices(); /* 尋找usb總線上的usb設備 */

/* 獲得系統總線鏈表的句柄 */

busses = usb_get_busses();

struct usb_bus *bus;

/* 遍歷總線 */

for (bus = busses; bus; bus = bus->next) {

struct usb_device *dev;

/* 遍歷總線上的設備 */

for (dev = bus->devices; dev; dev = dev->next) {

/* 尋找到相關設備， */

if(dev->descriptor.idVendor==VENDOR_ID&& dev->descriptor.idProduct == PRODUCT_ID) {

/* 這裏添加設備的初始化代碼 */

device_num++; /* 找到的設備數 */

}

return device_num; /* 返回設備數量 */

}

注：在新版本的libusb中，usb_get_busses就可以不用了，這個函數是返回系統上的usb總線鏈表句柄

這裏我們直接用usb_busses變量，這個變量在usb.h中被定義爲外部變量

所以可以直接寫成這樣：

struct usb_bus *bus;

for (bus = usb_busses; bus; bus = bus->next) {

struct usb_device *dev;

for (dev = bus->devices; dev; dev = dev->next) {

/* 這裏添加設備的初始化代碼 */

}

3.2 打開設備

假設我們定義的打開設備的函數名是device_open,

/* 使用hid驅動打開設備 */

int Device_Open()

{

int handle;

/* 傳統HID驅動調用,通過open打開設備文件就可 */

handle = open(“hiddev0”, O_RDONLY);

}

/* 使用libusb打開驅動 */

int Device_Open()

{

/* LIBUSB 驅動打開設備，這裏寫的是僞代碼，不保證代碼有用 */

struct usb_device* udev;

usb_dev_handle* device_handle;

/* 當找到設備後，通過usb_open打開設備，這裏的函數就相當open 函數 */

device_handle = usb_open(udev);

}

3.3 讀寫設備和操作設備

假設我們的設備使用控制傳輸方式，至於批處理傳輸和中斷傳輸限於篇幅這裏不介紹

我們這裏定義三個函數，Device_Write, Device_Read, Device_Report

Device_Report 功能發送接收函數

Device_Write 功能寫數據

Device_Read 功能讀數據

Device_Write和Device_Read調用Device_Report發送寫的信息和讀的信息，開發者根據發送的命令協議來設計，我們這裏只簡單實現發送數據的函數。

假設我們要給設備發送72字節的數據，頭8個字節是報告頭，是我們定義的和設備相關的規則，後64位是數據。

HID驅動的實現(這裏只是用代碼來有助理解，代碼是僞代碼)

int Device_Report(int fd, unsigned char *buffer72)

{

int ret; /* 保存ioctl函數的返回值 */

int index;

unsigned char send_data[72]; /* 發送的數據 */

unsigned char recv_data[72]; /* 接收的數據 */

struct hiddev_usage_ref uref; /* hid驅動定義的數據包 */

struct hiddev_report_info rinfo; /* hid驅動定義的

memset(send_data, 0, sizeof(send_data));

memset(recv_data, 0, sizeof(recv_data));

memcpy(send_data, buffer72, 72);

/* 這在發送數據之前必須調用的，初始化設備 */

ret = ioctl(fd, HIDIOCINITREPORT, 0);

if( ret !=0) {

return NOT_OPENED_DEVICE;/* NOT_OPENED_DEVICE 屬於自己定義宏 */

}

/* HID設備每次傳輸一個字節的數據包 */

for(index = 0; index < 72; index++) {

/* 設置發送數據的狀態 */

uref.report_type = HID_REPORT_TYPE_FEATURE;

uref.report_id = HID_REPORT_ID_FIRST;

uref.usage_index = index;

uref.field_index = 0;

uref.value = send_data[index];

ioctl(fd, HIDIOCGUCODE, &uref);

ret=ioctl(fd, HIDIOCSUSAGE, &uref);

if(ret != 0 ){

return UNKNOWN_ERROR;

}

/* 發送數據 */

rinfo.report_type = HID_REPORT_TYPE_FEATURE;

rinfo.report_id = HID_REPORT_ID_FIRST;

rinfo.num_fields = 1;

ret=ioctl(fd, HIDIOCSREPORT, &rinfo); /* 發送數據 */

if(ret != 0) {

return WRITE_REPORT;

}

/* 接受數據 */

ret = ioctl(fd, HIDIOCINITREPORT, 0);

for(index = 0; index < 72; index++) {

uref.report_type = HID_REPORT_TYPE_FEATURE;

uref.report_id = HID_REPORT_ID_FIRST;

uref.usage_index = index;

uref.field_index = 0;

ioctl(fd, HIDIOCGUCODE, &uref);

ret = ioctl(fd, HIDIOCGUSAGE, &uref);

if(ret != 0 ) {

return UNKNOWN_ERROR;

}

recv_data[index] = uref.value;

}

memcpy(buffer72, recv_data, 72);

return SUCCESS;

}

libusb驅動的實現

int Device_Report(int fd, unsigned char *buffer72)

{

/* 定義設備句柄 */

usb_dev_handle* Device_handle;

/* save the data of send and receive */

unsigned char send_data[72];

unsigned char recv_data[72];

int send_len;

int recv_len;

/* 數據置空 */

memset(send_data, 0 , sizeof(send_data));

memset(recv_data, 0 , sizeof(recv_data));

/* 這裏的g_list是全局的數據變量，裏面可以存儲相關設備的所需信息，當然我們也可以從函數形參中傳輸進來，設備的信息在打開設備時初始化，我們將在後面的總結中詳細描述一下 */

Device_handle = (usb_dev_handle*)(g_list[fd].device_handle);

if (Device_handle == NULL) {

return NOT_OPENED_DEVICE;

}

/* 這個函數前面已經說過，在操作設備前是必須調用的, 0是指用默認的設備 */

usb_claim_interface(Device_handle, 0);

/* 發送數據，所用到的宏定義在usb.h可以找到，我列出來大家看一下

#define USB_ENDPOINT_OUT 0x00

#define USB_TYPE_CLASS (0x01 << 5)

#define USB_RECIP_INTERFACE 0x01

#define HID_REPORT_SET 0x09 */

send_len = usb_control_msg(Device_handle,

USB_ENDPOINT_OUT + USB_TYPE_CLASS + USB_RECIP_INTERFACE,

HID_REPORT_SET,

0x300,

send_data, 72, USB_TIMEOUT);

/* 發送數據有錯誤 */

if (send_len < 0) {

return WRITE_REPORT;

}

if (send_len != 72) {

return send_len;

}

/* 接受數據

#define USB_ENDPOINT_IN 0x80

#define USB_TYPE_CLASS (0x01 << 5)

#define USB_RECIP_INTERFACE 0x01

#define HID_REPORT_GET 0x01

recv_len = usb_control_msg(Device_handle,

USB_ENDPOINT_IN + USB_TYPE_CLASS + USB_RECIP_INTERFACE,

HID_REPORT_GET,

0x300,

recv_data, 72, USB_TIMEOUT);

if (recv_len < 0) {

printf("failed to retrieve report from USB device!\n");

return READ_REPORT;

}

if (recv_len != 72) {

return recv_len;

}

/* 和usb_claim_interface對應 */

usb_release_interface(RY2_handle, 0);

memcpy(buffer72, recv_data, 72);

return SUCCESS;

}

3.4 關閉設備

假設我們定義的關閉設備的函數名是Device_Close()

/* 使用hid驅動關閉設備 */

int Device_Close()

{

int handle;

handle = open(“hiddev0”, O_RDONLY);

/* 傳統HID驅動調用,通過close()設備文件就可 */

close( handle );

}

/* 使用libusb關閉驅動 */

int Device_Close()

{

/* LIBUSB 驅動打開設備，這裏寫的是僞代碼，不保證代碼有用 */

struct usb_device* udev;

usb_dev_handle* device_handle;

device_handle = usb_open(udev);

/* libusb庫使用usb_close關閉程序 */

usb_close(device_handle);

}

libusb的驅動框架

前面我們看了些主要的libusb函數的使用，這裏我們把前面的內容歸納下：

一般的驅動應該都包含如下接口：

Device_Find(); /* 尋找設備接口 */

Device_Open(); /* 打開設備接口 */

Device_Write(); /* 寫設備接口 */

Device_Read(); /* 讀設備接口 */

Device_Close(); /* 關閉設備接口 */

具體代碼如下：

#include <usb.h>

/* usb.h這個頭文件是要包括的，裏面包含了必須要用到的數據結構 */

/* 我們將一個設備的屬性用一個結構體來概括 */

typedef struct

{

struct usb_device* udev;

usb_dev_handle* device_handle;

/* 這裏可以添加設備的其他屬性，這裏只列出每個設備要用到的屬性 */

} device_descript;

/* 用來設置傳輸數據的時間延遲 */

#define USB_TIMEOUT 10000

/* 廠家ID 和產品 ID */

#define VENDOR_ID 0xffff

#define PRODUCT_ID 0xffff

/* 這裏定義數組來保存設備的相關屬性，DEVICE_MINOR可以設置能夠同時操作的設備數量，用全局變量的目的在於方便保存屬性 */

#define DEVICE_MINOR 16

int g_num;

device_descript g_list[ DEVICE_MINOR ];

/* 我們寫個設備先找到設備，並把相關信息保存在 g_list 中 */

int Device_Find()

{

struct usb_bus *bus;

struct usb_device *dev;

g_num = 0;

usb_find_busses();

usb_find_devices();

/* 尋找設備 */

for (bus = usb_busses; bus; bus = bus->next) {

for (dev = bus->devices; dev; dev = dev->next) {

if(dev->descriptor.idVendor==VENDOR_ID&& dev->descriptor.idProduct == PRODUCT_ID) {

/* 保存設備信息 */

if (g_num < DEVICE_MINOR) {

g_list[g_num].udev = dev;

g_num ++;

}

return g_num;

}

/* 找到設備後，我們根據信息打開設備 */

int Device_Open()

{

/* 根據情況打開你所需要操作的設備，這裏我們僅列出僞代碼 */

    if(g_list[g_num].udev != NULL) {
        g_list[g_num].device_handle = usb_open(g_list[g_num].udev);

}

/* 下面就是操作設備的函數了，我們就不列出來拉，大家可以參考上面的介紹 */

int DeviceWite(int handle)

{

/* 填寫相關代碼，具體查看設備協議*/

}

int DeviceOpen(int handle)

{

/* 填寫相關代碼，具體查看設備協議 */

}

/* 最後不要忘記關閉設備 */

void Device_close(int handle)

{

/* 調用usb_close */

}

http://blog.csdn.net/gaofeidongdong/article/details/7030726

pthread_join/pthread_exit用法實例

libusb

linux虛擬機中和主機三種網絡連接方式的區別

libusb

getchar

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結