USB是英文"Universal Serial Bus"的縮寫,意爲"通用串行總線"。是由Compaq(康柏)、DEC、IBM、Intel、NEC、微軟以及Northern Telecom(北方電訊)等公司於1994年11月共同提出的,主要目的就是爲了解決接口標準太多的弊端。USB使用一個4針插頭作爲標準插頭,並通過這個標準接頭,採用菊花瓣形式把所有外設連接起來,它採用串行方式傳輸數據,目前最大數據傳輸率爲12Mbps, 支持多數據流和多個設備並行操作,允許外設熱插拔。
目前USB接口雖然只發展了2代(USB1.0/1.1,USB2.0),但是USB綜合了一個多平臺標準的所有優點 -- 包括降低成本,增加兼容性,可連接大量的外部設備,融合先進的功能和品質。使其逐步成爲PC接口標準,進入了高速發展期。
那麼對於使用Linux系統,正確支持和配置常見的USB設備,就是其使用必不可少的關鍵一步。
模塊(驅動程序)
模塊(module)是在內核空間運行的程序,實際上是一種目標對象文件,沒有鏈接,不能獨立運行,但是可以裝載到系統中作爲內核的一部分運行,從而可以動態擴充內核的功能。模塊最主要的用處就是用來實現設備驅動程序。
Linux下對於一個硬件的驅動,可以有兩種方式:直接加載到內核代碼中,啓動內核時就會驅動此硬件設備。另一種就是以模塊方式,編譯生成一個.o文件。當應用程序需要時再加載進內核空間運行。所以我們所說的一個硬件的驅動程序,通常指的就是一個驅動模塊。
設備文件
對於一個設備,它可以在/dev下面存在一個對應的邏輯設備節點,這個節點以文件的形式存在,但它不是普通意義上的文件,它是設備文件,更確切的說,它是設備節點。這個節點是通過mknod命令建立的,其中指定了主設備號和次設備號。主設備號表明了某一類設備,一般對應着確定的驅動程序;次設備號一般是區分不同屬性,例如不同的使用方法,不同的位置,不同的操作。這個設備號是從/proc/devices文件中獲得的,所以一般是先有驅動程序在內核中,纔有設備節點在目錄中。這個設備號(特指主設備號)的主要作用,就是聲明設備所使用的驅動程序。驅動程序和設備號是一一對應的,當你打開一個設備文件時,操作系統就已經知道這個設備所對應的驅動程序。
SCSI 設備
SCSI是有別於IDE的一個計算機標準接口。現在大部分平板式掃描儀、CD-R刻錄機、MO光磁盤機等漸漸趨向使用SCSI接口,加之SCSI又能提供一個高速傳送通道,所以,接觸到SCSI設備的用戶會越來越多。Linux支持很多種的SCSI設備,例如:SCSI硬盤、SCSI光驅、SCSI磁帶機。更重要的是,Linux提供了IDE設備對SCSI的模擬(ide-scsi.o模塊),我們通常會就把IDE光驅模擬爲SCSI光驅進行訪問。因爲在Linux中很多軟件都只能操作SCSI光驅。例如大多數刻錄軟件、一些媒體播放軟件。通常我們的USB存儲設備,也模擬爲SCSI硬盤而進行訪問。
Linux硬件驅動架構
對於一個硬件,Linux是這樣來進行驅動的:首先,我們必須提供一個.o的驅動模塊文件(這裏我們只說明模塊方式,其實內核方式是類似的)。我們要使用這個驅動程序,首先要加載運行它(insmod *.o)。這樣驅動就會根據自己的類型(字符設備類型或塊設備類型,例如鼠標就是字符設備而硬盤就是塊設備)向系統註冊,註冊成功系統會反饋一個主設備號,這個主設備號就是系統對它的唯一標識(例如硬盤塊設備在/proc/devices中顯示的主設備號爲3 ,我們用ls -l /dev/had看到的主設備就肯定是3)。驅動就是根據此主設備號來創建一個一般放置在/dev目錄下的設備文件(mknod命令用來創建它,它必須用主設備號這個參數)。在我們要訪問此硬件時,就可以對設備文件通過open、read、write等命令進行。而驅動就會接收到相應的read、write操作而根據自己的模塊中的相應函數進行了。
其中還有幾個比較有關係的東西:一個是/lib/modules/2.4.XX目錄,它下面就是針對當前內核版本的模塊。只要你的模塊依賴關係正確(可以通過depmod設置),你就可以通過modprobe 命令加載而不需要知道具體模塊文件位置。 另一個是/etc/modules.conf文件,它定義了一些常用設備的別名。系統就可以在需要此設備支持時,正確尋找驅動模塊。例如alias eth0 e100,就代表第一塊網卡的驅動模塊爲e100.o。他們的關係圖如下:
內核中配置.
要啓用 Linux USB 支持,首先進入"USB support"節並啓用"Support for USB"選項(對應模塊爲usbcore.o)。儘管這個步驟相當直觀明瞭,但接下來的 Linux USB 設置步驟則會讓人感到糊塗。特別地,現在需要選擇用於系統的正確 USB 主控制器驅動程序。選項是"EHCI" (對應模塊爲ehci-hcd.o)、"UHCI" (對應模塊爲usb-uhci.o)、"UHCI (alternate driver)"和"OHCI" (對應模塊爲usb-ohci.o)。這是許多人對 Linux 的 USB 開始感到困惑的地方。
要理解"EHCI"及其同類是什麼,首先要知道每塊支持插入 USB 設備的主板或 PCI 卡都需要有 USB 主控制器芯片組。這個特別的芯片組與插入系統的 USB 設備進行相互操作,並負責處理允許 USB 設備與系統其它部分通信所必需的所有低層次細節。
Linux USB 驅動程序有三種不同的 USB 主控制器選項是因爲在主板和 PCI 卡上有三種不同類型的 USB 芯片。"EHCI"驅動程序設計成爲實現新的高速 USB 2.0 協議的芯片提供支持。"OHCI"驅動程序用來爲非 PC 系統上的(以及帶有 SiS 和 ALi 芯片組的 PC 主板上的)USB 芯片提供支持。"UHCI"驅動程序用來爲大多數其它 PC 主板(包括 Intel 和 Via)上的 USB 實現提供支持。只需選擇與希望啓用的 USB 支持的類型對應的"?HCI"驅動程序即可。如有疑惑,爲保險起見,可以啓用"EHCI"、"UHCI" (兩者中任選一種,它們之間沒有明顯的區別)和"OHCI"。( 趙明注:根據文檔,EHCI已經包含了UHCI和OHCI,但目前就我個人的測試,單獨加EHCI是不行的,通常我的做法是根據主板類型加載UHCI或OHCI後,再加載EHCI這樣纔可以支持USB2.0設備)。
啓用了"USB support"和適當的"?HCI"USB 主控制器驅動程序後,使 USB 啓動並運行只需再進行幾個步驟。應該啓用"Preliminary USB device filesystem",然後確保啓用所有特定於將與 Linux 一起使用的實際 USB 外圍設備的驅動程序。例如,爲了啓用對 USB 遊戲控制器的支持,我啓用了"USB Human Interface Device (full HID) support"。我還啓用了主"Input core support" 節下的"Input core support"和"Joystick support"。
一旦用新的已啓用 USB 的內核重新引導後,若/proc/bus/usb下沒有相應USB設備信息,應輸入以下命令將 USB 設備文件系統手動掛裝到 /proc/bus/usb:
# mount -t usbdevfs none /proc/bus/usb
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爲了在系統引導時自動掛裝 USB 設備文件系統,請將下面一行添加到 /etc/fstab 中的 /proc 掛裝行之後:
none /proc/bus/usb usbdevfs defaults 0 0
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模塊的配置方法.
在很多時候,我們的USB設備驅動並不包含在內核中。其實我們只要根據它所需要使用的模塊,逐一加載。就可以使它啓作用。
首先要確保在內核編譯時以模塊方式選擇了相應支持。這樣我們就應該可以在/lib/modules/2.4.XX目錄看到相應.o文件。在加載模塊時,我們只需要運行modprobe xxx.o就可以了(modprobe主要加載系統已經通過depmod登記過的模塊,insmod一般是針對具體.o文件進行加載)
對應USB設備下面一些模塊是關鍵的。
usbcore.o | 要支持usb所需要的最基礎模塊 |
usb-uhci.o | (已經提過) |
usb-ohci.o | (已經提過) |
uhci.o | 另一個uhci驅動程序,我也不知道有什麼用,一般不要加載,會死機的 |
ehci-hcd.o | (已經提過 usb2.0) |
hid.o | USB人機界面設備,像鼠標呀、鍵盤呀都需要 |
usb-storage.o | USB存儲設備,U盤等用到 |
相關模塊
ide-disk.o | IDE硬盤 |
ide-scsi.o | 把IDE設備模擬SCSI接口 |
scsi_mod.o | SCSI支持 |
注意kernel config其中一項:
Probe all LUNs on each SCSI device
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最好選上,要不某些同時支持多個口的讀卡器只能顯示一個。若模塊方式就要帶參數安裝或提前在/etc/modules.conf中加入以下項,來支持多個LUN。
add options scsi_mod max_scsi_luns=9
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sd_mod.o | SCSI硬盤 |
sr_mod.o | SCSI光盤 |
sg.o | SCSI通用支持(在某些探測U盤、SCSI探測中會用到) |
常見USB設備及其配置
在Linux 2.4的內核中已經支持不下20種設備。它支持幾乎所有的通用設備如鍵盤、鼠標、modem、打印機等,並不斷地添加廠商新的設備象數碼相機、MP3、網卡等。下面就是幾個最常見設備的介紹和使用方法:
USB鼠標:
鍵盤和鼠標屬於低速的輸入設備,對於已經爲用戶認可的PS/2接口,USB鍵盤和USB鼠標似乎並沒有太多更優越的地方。現在的大部分鼠標採用了PS/2接口,不過USB接口的鼠標也越來越多,兩者相比,各有優勢:一般來說,USB的鼠標接口的帶寬大於PS/2鼠標,也就是說在同樣的時間內,USB鼠標掃描次數就要多於PS/2鼠標,這樣在定位上USB鼠標就更爲精確;同時USB接口鼠標的默認採樣率也比較高,達到125HZ,而PS/2接口的鼠標僅有40HZ(Windows 9x/Me)或是60HZ(Windows NT/2000)。
對於USB設備你當然必須先插入相應的USB控制器模塊:usb-uhci.o或usb-ohci.o
modprobe usb-uhci
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USB鼠標爲了使其正常工作,您必須先插入模塊usbmouse.o和mousedev.o
modprobe usbmouse
modprobe mousedev
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若你把HID input layer支持和input core 支持也作爲模塊方式安裝,那麼啓動hid模塊和input模塊也是必要的。
modprobe hid
modprobe input
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USB鍵盤:
一般的,我們現在使用的鍵盤大多是PS/2的,USB鍵盤還比較少見,但是下來的發展,鍵盤將向USB接口靠攏。使用USB鍵盤基本上沒有太多的要求,只需在主板的BIOS設定對USB鍵盤的支持,就可以在各系統中完全無障礙的使用,而且更可以真正做到在即插即用和熱插拔使用,並能提供兩個USB連接埠:讓您可以輕易地直接將具有USB接頭的裝置接在您的鍵盤上,而非計算機的後面。
同樣你當然必須先插入相應的USB控制器模塊:usb-uhci.o或usb-ohci.o
modprobe usb-uhci
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然後您還必須插入鍵盤模塊usbkbd.o,以及keybdev.o,這樣usb鍵盤才能夠正常工作。此時,運行的系統命令:
modprobe usbkbd
modprobe keybdev
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同樣若你把HID input layer支持和input core 支持也作爲模塊方式安裝,那麼啓動hid模塊和input模塊也是必要的。
U盤和USB讀卡器:
數碼存儲設備現在對我們來說已經是相當普遍的了。CF卡、SD卡、Memory Stick等存儲卡已經遍及我們的身邊,通常,他們的讀卡器都是USB接口的。另外,很多MP3、數碼相機也都是USB接口和計算機進行數據傳遞。更我們的U盤、USB硬盤,作爲移動存儲設備,已經成爲我們的必須裝備。
在Linux下這些設備通常都是以一種叫做usb-storage的方式進行驅動。要使用他們必須加載此模塊
modprobe usb-storage
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當然,usbcore.o 和usb-uhci.o或usb-ohci也肯定是不可缺少的。另外,若你係統中SCSI支持也是模塊方式,那麼下面的模塊也要加載
modprobe scsi_mod
modprobe sd_mod
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在加載完這些模塊後,我們插入U盤或存儲卡,就會發現系統中多了一個SCSI硬盤,通過正確地mount它,就可以使用了(SCSI硬盤一般爲/dev/sd?,可參照文章後面的常見問題解答)。
mount /dev/sda1 /mnt
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Linux支持的其他USB設備。
MODEM--(比較常見)
網絡設備
攝像頭--(比較常見)例如ov511.o
聯機線--可以讓你的兩臺電腦用USB線實現網絡功能。usbnet.o
顯示器--(我沒見過)
遊戲杆
電視盒--(比較常見)
手寫板--(比較常見)
掃描儀--(比較常見)
刻錄機--(比較常見)
打印機--(比較常見)
注意:上面所說的每個驅動模塊,並不是都要手動加載,有很多系統會在啓動或你的應用需要時自動加載的,寫明這些模塊,是便於你在不能夠使用USB設備時,可以自行檢查。只要用lsmod確保以上模塊已經被系統加載,你的設備就應該可以正常工作了。當然注意有些模塊已經以內核方式在kernel啓動時存在了(這些模塊文件在/lib/modules/2.4.XX中是找不到的)。
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有USB設備的系統安裝完redhat 7.3啓動死機問題
有USB設備,當你剛裝完redhat 7.3第一次啓動時,總會死掉。主要原因是Linux在安裝時探測到有usb-uhci和ehci-hcd兩個控制器,但在啓動時,加載完usb-uhci再加載ehci-hcd就會有衝突。分析認爲redhat7.3系統內核在支持USB2.0標準上存在問題。在其他版本的Linux中均不存在此問題。
解決辦法:在lilo或grub啓動時用命令行傳遞參數init=/sbin/init。這樣在啓動後就不運行其他服務而直接啓動shell。然後運行
mount -o remount,rw / 使/ 可寫,init直接啓動的系統默認只mount /爲只讀
然後vi /etc/modules.config文件
刪除alias usb-controller1 ehci-hcd一行。或前面加#註釋掉
然後mount -o remount,ro / 使/ 只讀,避免直接關機破壞文件系統
然後就可以按Ctrl-Alt-Delete直接重啓了
或許,你有更簡單的辦法:換USB鍵盤和鼠標爲PS2接口,啓動後修改/etc/modules.config文件。 -
我們已經知道U盤在Linux中會模擬爲SCSI設備去訪問,可怎麼知道它對應那個SCSI設備呢?
方法1:推測。通常你第一次插入一個SCSI設備,它就是sda,第二個就是sdb以此類推。你啓動Linux插入一個U盤,就試試sda,換了一個就可能是sdb。這裏注意兩個特例:1) 你用的是聯想U盤,它可能存在兩個設備區(一個用於加密或啓動電腦),這樣就可能一次用掉兩個sda、sdb,換個U盤就是sdc、sdd。2) 聯想數碼電腦中,可能已經有了六合一讀卡器。它同樣也是USB存儲設備。它會佔掉一個或兩個SCSI設備號。
方法2:看信息。其實,只要你提前把usb-storage.o、scsi_mod.o、sd_mod.o模塊加載(直接在kernel中也可以)了,在你插入和拔出U盤時,系統會自動打出信息如下:
SCSI device sda: 60928 512-byte hdwr sectors ( 31 MB ) sda: Write Protect is on
根據此信息,你就知道它在sda上了。當然,可能你的系統信息級別比較高,上述信息可能沒有打出,這時候你只要tail /var/log/messages就可以看到了。
方法3:同樣,cat /proc/partitions也可以看到分區信息,其中sd?就是U盤所對應的了。若根本沒有sd設備,就要檢查你的SCSI模塊和usb-storage模塊是否正確加載了。
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在使用U盤或存儲卡時,我該mount /dev/sda還是/dev/sda1呢?
這是一個歷史遺留問題。存儲卡最初尺寸很小,很多廠商在使用時,就直接使用存儲,不含有分區表信息。而隨着存儲卡尺寸的不斷擴大,它也就引入了類似硬盤分區的概念。例如/dev/hda你可以分成主分區hda1、hda2擴展分區hda3,然後把擴展分區hda3又分爲邏輯分區hda5、hda6、hda7等。這樣,通常的U盤就被分成一個分區sda1,類似把硬盤整個分區分成一個主分區hda1。實際上,我們完全可以通過fdisk /dev/sda對存儲卡進行完全類似硬盤的分區方式分成sda1、sda2甚至邏輯分區sda5、sda6。實際上,對USB硬盤目前你的確需要這樣,因爲它通常都是多少G的容量。而且通常,它裏面就是筆記本硬盤。
一個好玩的問題。你在Linux下用fdisk /dev/sda 對U盤進行了多分區,這時候到windows下,你會發現怎麼找,怎麼格式化,U盤都只能找到第一個分區大小尺寸,而且使用看不出任何問題。這主要是windows驅動對U盤都只支持一個分區的緣故。你是不是可以利用它來進行一些文件的隱藏和保護?你是不是可以和某些人沒玩過Linux的人開些玩笑:你的U盤容量變小了J。
現在較多的數碼設備也和windows一樣,是把所有U盤容量分爲一個,所以在對待U盤的時候,通常你mount的是sda1。但對於某些特殊的數碼設備格式化的U盤或存儲卡(目前我發現的是一款聯想的支持模擬USB軟盤的U盤和我的一個數碼相機),你就要mount /dev/sda。因爲它根本就沒分區表(若mount /dev/sda1通常的效果是死掉)。其實,這些信息,只要你注意了/proc/partitions文件,都應該注意到的。
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每次插入U盤,都要尋找對應設備文件名,都要手動mount,我能不能做到象windows那樣插入就可以使用呢。
當然可以,不過你需要做一些工作。我這裏只提供一些信息幫助你去嘗試完成設置:Linux內核提供了一種叫hotplug支持的東西,它可以讓你係統在PCI設備、USB等設備插拔時做一些事情。而automount 功能可以使你的軟驅、光盤等設備的分區自動掛載和自動卸載。你甚至可以在KDE桌面中創建相應的圖標,方便你操作。具體設置方法就要你自己去嘗試了。反正我使用Linux已經麻木了,不就是敲一行命令嘛。
USB驅動開發
在掌握了USB設備的配置後,對於程序員,我們就可以嘗試進行一些簡單的USB驅動的修改和開發了。這一段落,我們會講解一個最基礎USB框架的基礎上,做兩個小的USB驅動的例子。
USB骨架
在Linux kernel源碼目錄中driver/usb/usb-skeleton.c爲我們提供了一個最基礎的USB驅動程序。我們稱爲USB骨架。通過它我們僅需要修改極少的部分,就可以完成一個USB設備的驅動。我們的USB驅動開發也是從她開始的。
那些linux下不支持的USB設備幾乎都是生產廠商特定的產品。如果生產廠商在他們的產品中使用自己定義的協議,他們就需要爲此設備創建特定的驅動程序。當然我們知道,有些生產廠商公開他們的USB協議,並幫助Linux驅動程序的開發,然而有些生產廠商卻根本不公開他們的USB協議。因爲每一個不同的協議都會產生一個新的驅動程序,所以就有了這個通用的USB驅動骨架程序, 它是以pci 骨架爲模板的。
如果你準備寫一個linux驅動程序,首先要熟悉USB協議規範。USB主頁上有它的幫助。一些比較典型的驅動可以在上面發現,同時還介紹了USB urbs的概念,而這個是usb驅動程序中最基本的。
Linux USB 驅動程序需要做的第一件事情就是在Linux USB 子系統裏註冊,並提供一些相關信息,例如這個驅動程序支持那種設備,當被支持的設備從系統插入或拔出時,會有哪些動作。所有這些信息都傳送到USB 子系統中,在usb骨架驅動程序中是這樣來表示的:
static struct usb_driver skel_driver = { name: "skeleton", probe: skel_probe, disconnect: skel_disconnect, fops: &skel_fops, minor: USB_SKEL_MINOR_BASE, id_table: skel_table, };
變量name是一個字符串,它對驅動程序進行描述。probe 和disconnect 是函數指針,當設備與在id_table 中變量信息匹配時,此函數被調用。
fops和minor變量是可選的。大多usb驅動程序鉤住另外一個驅動系統,例如SCSI,網絡或者tty子系統。這些驅動程序在其他驅動系統中註冊,同時任何用戶空間的交互操作通過那些接口提供,比如我們把SCSI設備驅動作爲我們USB驅動所鉤住的另外一個驅動系統,那麼我們此USB設備的read、write等操作,就相應按SCSI設備的read、write函數進行訪問。但是對於掃描儀等驅動程序來說,並沒有一個匹配的驅動系統可以使用,那我們就要自己處理與用戶空間的read、write等交互函數。Usb子系統提供一種方法去註冊一個次設備號和file_operations函數指針,這樣就可以與用戶空間實現方便地交互。
USB骨架程序的關鍵幾點如下:
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USB驅動的註冊和註銷
Usb驅動程序在註冊時會發送一個命令給usb_register,通常在驅動程序的初始化函數裏。
當要從系統卸載驅動程序時,需要註銷usb子系統。即需要usb_unregister 函數處理:
static void __exit usb_skel_exit(void) { /* deregister this driver with the USB subsystem */ usb_deregister(&skel_driver); } module_exit(usb_skel_exit);
當usb設備插入時,爲了使linux-hotplug(Linux中PCI、USB等設備熱插拔支持)系統自動裝載驅動程序,你需要創建一個MODULE_DEVICE_TABLE。代碼如下(這個模塊僅支持某一特定設備):
/* table of devices that work with this driver */ static struct usb_device_id skel_table [] = { { USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID) }, { } /* Terminating entry */ }; MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);
USB_DEVICE宏利用廠商ID和產品ID爲我們提供了一個設備的唯一標識。當系統插入一個ID匹配的USB設備到USB總線時,驅動會在USB core中註冊。驅動程序中probe 函數也就會被調用。usb_device 結構指針、接口號和接口ID都會被傳遞到函數中。
static void * skel_probe(struct usb_device *dev, unsigned int ifnum, const struct usb_device_id *id)
驅動程序需要確認插入的設備是否可以被接受,如果不接受,或者在初始化的過程中發生任何錯誤,probe函數返回一個NULL值。否則返回一個含有設備驅動程序狀態的指針。通過這個指針,就可以訪問所有結構中的回調函數。
在骨架驅動程序裏,最後一點是我們要註冊devfs。我們創建一個緩衝用來保存那些被髮送給usb設備的數據和那些從設備上接受的數據,同時USB urb 被初始化,並且我們在devfs子系統中註冊設備,允許devfs用戶訪問我們的設備。註冊過程如下:
/* initialize the devfs node for this device and register it */ sprintf(name, "skel%d", skel->minor); skel->devfs = devfs_register (usb_devfs_handle, name, DEVFS_FL_DEFAULT, USB_MAJOR, USB_SKEL_MINOR_BASE + skel->minor, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH, &skel_fops, NULL);
如果devfs_register函數失敗,不用擔心,devfs子系統會將此情況報告給用戶。
當然最後,如果設備從usb總線拔掉,設備指針會調用disconnect 函數。驅動程序就需要清除那些被分配了的所有私有數據、關閉urbs,並且從devfs上註銷調自己。
/* remove our devfs node */ devfs_unregister(skel->devfs);
現在,skeleton驅動就已經和設備綁定上了,任何用戶態程序要操作此設備都可以通過file_operations結構所定義的函數進行了。首先,我們要open此設備。在open函數中MODULE_INC_USE_COUNT 宏是一個關鍵,它的作用是起到一個計數的作用,有一個用戶態程序打開一個設備,計數器就加一,例如,我們以模塊方式加入一個驅動,若計數器不爲零,就說明仍然有用戶程序在使用此驅動,這時候,你就不能通過rmmod命令卸載驅動模塊了。
/* increment our usage count for the module */ MOD_INC_USE_COUNT; ++skel->open_count; /* save our object in the file's private structure */ file->private_data = skel;
當open完設備後,read、write函數就可以收、發數據了。
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skel的write、和read函數
他們是完成驅動對讀寫等操作的響應。
在skel_write中,一個FILL_BULK_URB函數,就完成了urb 系統callbak和我們自己的skel_write_bulk_callback之間的聯繫。注意skel_write_bulk_callback是中斷方式,所以要注意時間不能太久,本程序中它就只是報告一些urb的狀態等。
read 函數與write 函數稍有不同在於:程序並沒有用urb 將數據從設備傳送到驅動程序,而是我們用usb_bulk_msg 函數代替,這個函數能夠不需要創建urbs 和操作urb函數的情況下,來發送數據給設備,或者從設備來接收數據。我們調用usb_bulk_msg函數並傳提一個存儲空間,用來緩衝和放置驅動收到的數據,若沒有收到數據,就失敗並返回一個錯誤信息。
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usb_bulk_msg函數
當對usb設備進行一次讀或者寫時,usb_bulk_msg 函數是非常有用的; 然而, 當你需要連續地對設備進行讀/寫時,建議你建立一個自己的urbs,同時將urbs 提交給usb子系統。
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skel_disconnect函數
當我們釋放設備文件句柄時,這個函數會被調用。MOD_DEC_USE_COUNT宏會被用到(和MOD_INC_USE_COUNT剛好對應,它減少一個計數器),首先確認當前是否有其它的程序正在訪問這個設備,如果是最後一個用戶在使用,我們可以關閉任何正在發生的寫,操作如下:
/* decrement our usage count for the device */ --skel->open_count; if (skel->open_count <= 0) { /* shutdown any bulk writes that might be going on */ usb_unlink_urb (skel->write_urb); skel->open_count = 0; } /* decrement our usage count for the module */ MOD_DEC_USE_COUNT;
最困難的是,usb 設備可以在任何時間點從系統中取走,即使程序目前正在訪問它。usb驅動程序必須要能夠很好地處理解決此問題,它需要能夠切斷任何當前的讀寫,同時通知用戶空間程序:usb設備已經被取走。
如果程序有一個打開的設備句柄,在當前結構裏,我們只要把它賦值爲空,就像它已經消失了。對於每一次設備讀寫等其它函數操作,我們都要檢查usb_device結構是否存在。如果不存在,就表明設備已經消失,並返回一個-ENODEV錯誤給用戶程序。當最終我們調用release 函數時,在沒有文件打開這個設備時,無論usb_device結構是否存在、它都會清空skel_disconnect函數所作工作。
Usb 骨架驅動程序,提供足夠的例子來幫助初始人員在最短的時間裏開發一個驅動程序。更多信息你可以到linux usb開發新聞組去尋找。
U盤、USB讀卡器、MP3、數碼相機驅動
對於一款windows下用的很爽的U盤、USB讀卡器、MP3或數碼相機,可能Linux下卻不能支持。怎麼辦?其實不用傷心,也許經過一點點的工作,你就可以很方便地使用它了。通常是此U盤、USB讀卡器、MP3或數碼相機在WindowsXP中不需要廠商專門的驅動就可以識別爲移動存儲設備,這樣的設備才能保證成功,其他的就看你的運氣了。
USB存儲設備,他們的read、write等操作都是通過上章節中提到的鉤子,把自己的操作鉤到SCSI設備上去的。我們就不需要對其進行具體的數據讀寫處理了。
第一步:我們通過cat /proc/bus/usb/devices得到當前系統探測到的USB總線上的設備信息。它包括Vendor、ProdID、Product等。下面是我買的一款雜牌CF卡讀卡器插入後的信息片斷:
T: Bus=01 Lev=01 Prnt=01 Port=01 Cnt=02 Dev#= 5 Spd=12 MxCh= 0 D: Ver= 1.10 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS=8 #Cfgs= 1 P: Vendor=07c4 ProdID=a400 Rev= 1.13 S: Manufacturer=USB S: Product=Mass Storage C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=80 MxPwr=70mA I: If#= 0 Alt= 0 #EPs= 2 Cls=08(vend.) Sub=06 Prot=50 Driver=usb-storage E: Ad=81(I) Atr=02(Bulk) MxPS= 64 Ivl= 0ms E: Ad=02(O) Atr=02(Bulk) MxPS= 64 Ivl= 0ms
其中,我們最關心的是Vendor=07c4 ProdID=a400和Manufacturer=USB(果然是雜牌,廠商名都看不到)Product= Mass Storage。
對於這些移動存儲設備,我們知道Linux下都是通過usb-storage.o驅動模擬成scsi設備去支持的,之所以不支持,通常是usb-storage驅動未包括此廠商識別和產品識別信息(在類似skel_probe的USB最初探測時被屏蔽了)。對於USB存儲設備的硬件訪問部分,通常是一致的。所以我們要支持它,僅需要修改usb-storage中關於廠商識別和產品識別列表部分。
第二部,打開drivers/usb/storage/unusual_devs.h文件,我們可以看到所有已知的產品登記表,都是以UNUSUAL_DEV(idVendor, idProduct, bcdDeviceMin, bcdDeviceMax, vendor_name, product_name, use_protocol, use_transport, init_function, Flags)方式登記的。其中相應的涵義,你就可以根據命名來判斷了。所以只要我們如下填入我們自己的註冊,就可以讓usb-storage驅動去認識和發現它。
UNUSUAL_DEV(07c4, a400, 0x0000, 0xffff, " USB ", " Mass Storage ", US_SC_SCSI, US_PR_BULK, NULL, US_FL_FIX_INQUIRY | US_FL_START_STOP |US_FL_MODE_XLATE )
注意:添加以上幾句的位置,一定要正確。比較發現,usb-storage驅動對所有註冊都是按idVendor, idProduct數值從小到大排列的。我們也要放在相應位置。
最後,填入以上信息,我們就可以重新編譯生成內核或usb-storage.o模塊。這時候插入我們的設備就可以跟其他U盤一樣作爲SCSI設備去訪問了。
鍵盤飛梭支持
目前很多鍵盤都有飛梭和手寫板,下面我們就嘗試爲一款鍵盤飛梭加入一個驅動。在通常情況,當我們插入USB接口鍵盤時,在/proc/bus/usb/devices會看到多個USB設備。比如:你的USB鍵盤上的飛梭會是一個,你的手寫板會是一個,若是你的USB鍵盤有USB擴展連接埠,也會看到。
下面是具體看到的信息
T: Bus=02 Lev=00 Prnt=00 Port=00 Cnt=00 Dev#= 1 Spd=12 MxCh= 2 B: Alloc= 11/900 us ( 1%), #Int= 1, #Iso= 0 D: Ver= 1.00 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs= 1 P: Vendor=0000 ProdID=0000 Rev= 0.00 S: Product=USB UHCI Root Hub S: SerialNumber=d800 C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=40 MxPwr= 0mA I: If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub E: Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS= 8 Ivl=255ms T: Bus=02 Lev=01 Prnt=01 Port=01 Cnt=01 Dev#= 3 Spd=12 MxCh= 3 D: Ver= 1.10 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs= 1 P: Vendor=07e4 ProdID=9473 Rev= 0.02 S: Manufacturer=ALCOR S: Product=Movado USB Keyboard C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=100mA I: If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub E: Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS= 1 Ivl=255ms
找到相應的信息後就可開始工作了。實際上,飛梭的定義和鍵盤鍵碼通常是一樣的,所以我們參照drivers/usb/usbkbd..c代碼進行一些改動就可以了。因爲沒能拿到相應的硬件USB協議,我無從知道飛梭在按下時通訊協議衆到底發什麼,我只能把它的信息打出來進行分析。幸好,它比較簡單,在下面代碼的usb_kbd_irq函數中if(kbd->new[0] == (char)0x01)和if(((kbd->new[1]>>4)&0x0f)!=0x7)就是判斷飛梭左旋。usb_kbd_irq函數就是鍵盤中斷響應函數。他的掛接,就是在usb_kbd_probe函數中
FILL_INT_URB(&kbd->irq, dev, pipe, kbd->new, maxp > 8 ? 8 : maxp, usb_kbd_irq, kbd, endpoint->bInterval);
一句中實現。
從usb骨架中我們知道,usb_kbd_probe函數就是在USB設備被系統發現是運行的。其他部分就都不是關鍵了。你可以根據具體的探測值(Vendor=07e4 ProdID=9473等)進行一些修改就可以了。值得一提的是,在鍵盤中斷中,我們的做法是收到USB飛梭消息後,把它模擬成左方向鍵和右方向鍵,在這裏,就看你想怎麼去響應它了。當然你也可以響應模擬成F14、F15等擴展鍵碼。
在瞭解了此基本的驅動後,對於一個你已經拿到通訊協議的鍵盤所帶手寫板,你就應該能進行相應驅動的開發了吧。
程序見附錄1: 鍵盤飛梭驅動。
使用此驅動要注意的問題:在加載此驅動時你必須先把hid設備卸載,加載完usbhkey.o模塊後再加載hid.o。因爲若hid存在,它的probe會屏蔽系統去利用我們的驅動發現我們的設備。其實,飛梭本來就是一個hid設備,正確的方法,或許你應該修改hid的probe函數,然後把我們的驅動融入其中。
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《LINUX設備驅動程序》
ALESSANDRO RUBINI著
LISOLEG 譯 -
《Linux系統分析與高級編程技術》
周巍鬆 編著 -
Linux Kernel-2.4.20源碼和文檔說明
#include <linux/kernel.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/module.h> #include <linux/input.h> #include <linux/init.h> #include <linux/usb.h> #include <linux/kbd_ll.h> /* * Version Information */ #define DRIVER_VERSION "" #define DRIVER_AUTHOR "TGE HOTKEY " #define DRIVER_DESC "USB HID Tge hotkey driver" #define USB_HOTKEY_VENDOR_ID 0x07e4 #define USB_HOTKEY_PRODUCT_ID 0x9473 //廠商和產品ID信息就是/proc/bus/usb/devices中看到的值 MODULE_AUTHOR( DRIVER_AUTHOR ); MODULE_DESCRIPTION( DRIVER_DESC ); struct usb_kbd { struct input_dev dev; struct usb_device *usbdev; unsigned char new[8]; unsigned char old[8]; struct urb irq, led; // devrequest dr; //這一行和下一行的區別在於kernel2.4.20版本對usb_kbd鍵盤結構定義發生了變化 struct usb_ctrlrequest dr; unsigned char leds, newleds; char name[128]; int open; }; //此結構來自內核中drivers/usb/usbkbd..c static void usb_kbd_irq(struct urb *urb) { struct usb_kbd *kbd = urb->context; int *new; new = (int *) kbd->new; if(kbd->new[0] == (char)0x01) { if(((kbd->new[1]>>4)&0x0f)!=0x7) { handle_scancode(0xe0,1); handle_scancode(0x4b,1); handle_scancode(0xe0,0); handle_scancode(0x4b,0); } else { handle_scancode(0xe0,1); handle_scancode(0x4d,1); handle_scancode(0xe0,0); handle_scancode(0x4d,0); } } printk("new=%x %x %x %x %x %x %x %x", kbd->new[0],kbd->new[1],kbd->new[2],kbd->new[3], kbd->new[4],kbd->new[5],kbd->new[6],kbd->new[7]); } static void *usb_kbd_probe(struct usb_device *dev, unsigned int ifnum, const struct usb_device_id *id) { struct usb_interface *iface; struct usb_interface_descriptor *interface; struct usb_endpoint_descriptor *endpoint; struct usb_kbd *kbd; int pipe, maxp; iface = &dev->actconfig->interface[ifnum]; interface = &iface->altsetting[iface->act_altsetting]; if ((dev->descriptor.idVendor != USB_HOTKEY_VENDOR_ID) || (dev->descriptor.idProduct != USB_HOTKEY_PRODUCT_ID) || (ifnum != 1)) { return NULL; } if (dev->actconfig->bNumInterfaces != 2) { return NULL; } if (interface->bNumEndpoints != 1) return NULL; endpoint = interface->endpoint + 0; pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe)); usb_set_protocol(dev, interface->bInterfaceNumber, 0); usb_set_idle(dev, interface->bInterfaceNumber, 0, 0); printk(KERN_INFO "GUO: Vid = %.4x, Pid = %.4x, Device = %.2x, ifnum = %.2x, bufCount = %.8x\\n", dev->descriptor.idVendor,dev->descriptor.idProduct, dev->descriptor.bcdDevice, ifnum, maxp); if (!(kbd = kmalloc(sizeof(struct usb_kbd), GFP_KERNEL))) return NULL; memset(kbd, 0, sizeof(struct usb_kbd)); kbd->usbdev = dev; FILL_INT_URB(&kbd->irq, dev, pipe, kbd->new, maxp > 8 ? 8 : maxp, usb_kbd_irq, kbd, endpoint->bInterval); kbd->irq.dev = kbd->usbdev; if (dev->descriptor.iManufacturer) usb_string(dev, dev->descriptor.iManufacturer, kbd->name, 63); if (usb_submit_urb(&kbd->irq)) { kfree(kbd); return NULL; } printk(KERN_INFO "input%d: %s on usb%d:%d.%d\\n", kbd->dev.number, kbd->name, dev->bus->busnum, dev->devnum, ifnum); return kbd; } static void usb_kbd_disconnect(struct usb_device *dev, void *ptr) { struct usb_kbd *kbd = ptr; usb_unlink_urb(&kbd->irq); kfree(kbd); } static struct usb_device_id usb_kbd_id_table [] = { { USB_DEVICE(USB_HOTKEY_VENDOR_ID, USB_HOTKEY_PRODUCT_ID) }, { } /* Terminating entry */ }; MODULE_DEVICE_TABLE (usb, usb_kbd_id_table); static struct usb_driver usb_kbd_driver = { name: "Hotkey", probe: usb_kbd_probe, disconnect: usb_kbd_disconnect, id_table: usb_kbd_id_table, NULL, }; static int __init usb_kbd_init(void) { usb_register(&usb_kbd_driver); info(DRIVER_VERSION ":" DRIVER_DESC); return 0; } static void __exit usb_kbd_exit(void) { usb_deregister(&usb_kbd_driver); } module_init(usb_kbd_init); module_exit(usb_kbd_exit);
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USB驅動的註冊和註銷