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基于AT91RM9200的USB主機(jī)端Linux驅(qū)動

作者: 時間:2008-10-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
通用串行總線(USB)是一種新興的計算機(jī)外圍串行通信接口標(biāo)準(zhǔn),它克服傳統(tǒng)計算機(jī)串/并口的缺陷,具有熱插拔、即插即用、數(shù)據(jù)傳輸可靠、擴(kuò)展方便、低成本等優(yōu)點,已成為當(dāng)前計算機(jī)必備的接口之一,同時也被廣泛地應(yīng)用與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中。本文著重介紹嵌入式Linux中的USB主機(jī)端驅(qū)動。其硬件平臺是AT91RM9200處理器系統(tǒng),軟件平臺是Linux-2.6.19.2內(nèi)核。

1 AT91RM9200 USB主機(jī)端接口硬件構(gòu)成

AT91RM9200處理器是Atmel公司一款比較流行的微型處理器,它具有ARM920T內(nèi)核(帶有MMU),主時鐘頻率可達(dá)240 MHz,很適合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,它同時具有USB主機(jī)端和設(shè)備端,其中主機(jī)端處理開HCI協(xié)議(OHCI)及USB v2.0全速與低速協(xié)議,還給ASB提供簡單的讀/寫協(xié)議,USB主機(jī)端口還集成1個根集線器,硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 Linux USB主機(jī)端驅(qū)動

Linux在1999年就在其核心內(nèi)嵌入了USB驅(qū)動程序。理解Linux的USB主機(jī)端驅(qū)動結(jié)構(gòu)和原理,對在Linux系統(tǒng)上開發(fā)USB設(shè)備端驅(qū)動程序,以及進(jìn)一步理解USB協(xié)議有著很重要的意義。下面基于內(nèi)核版本2.6.19.2分析Linux USB的主機(jī)端驅(qū)動。

Linux USB主機(jī)端驅(qū)動主要分為:主機(jī)控制器驅(qū)動、USB核心驅(qū)動和USB設(shè)備端驅(qū)動3個部分,它們之間的層次關(guān)系如圖2所示。

在Linux內(nèi)核中關(guān)于USB的代碼主要由2個部分構(gòu)成:板級支持代碼和USB驅(qū)動代碼。其中板極支持代碼主要分布在與處理器有關(guān)的目錄里,如:/arch/arm/mach-at91rm9200目錄。USB驅(qū)動代碼主要集中在/drivers/usb目錄里,主要包括USB核心驅(qū)動,主機(jī)控制器驅(qū)動,從機(jī)端驅(qū)動,各類設(shè)備端驅(qū)動程序。其中在Atmel的板極支持代碼/arch/arm/mach-at91rm9200/devices.c中包括USB主機(jī)端和從機(jī)端資源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)at91_usbh_re-sources,at91_udc_resources,平臺設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)at91rm9200_usbh_device,at91rm9200_udc_device,以及設(shè)備注冊函數(shù)at91_add_device_usbh(),at91_add_device_udc(),這2個函數(shù)在板極初始化函數(shù)中被調(diào)用,向內(nèi)核添加USB主機(jī)設(shè)備和從機(jī)設(shè)備。USB驅(qū)動的核心代碼是在/drivers/usb/core目錄里,主要的作用是管理設(shè)備端驅(qū)動程序、控制協(xié)議命令集、管理數(shù)據(jù)傳輸、配置和管理USB設(shè)備、管理主機(jī)控制器。USB核心啟動代碼在目錄/drivers/usb/core/usb.c中,具體的步驟如圖3所示。

USB核心啟動以后的結(jié)果是:注冊1條總線“usb”,1個文件系統(tǒng)“usbfs”,創(chuàng)建2個設(shè)備類“usb_host”,“usb_device”,創(chuàng)建了許多的字符設(shè)備節(jié)點,分別是主設(shè)備號為180,從設(shè)備號是0~255,主設(shè)備號為189,從設(shè)備號為0~64128,注冊3個驅(qū)動程序:“usbfs”,“hub”,“usb”。創(chuàng)建一個內(nèi)核線程“khubd”,PID=40,一旦有USB設(shè)備接入,這個內(nèi)核線程就能捕捉到,并調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動探測函數(shù)。這些內(nèi)容在系統(tǒng)啟動以后根文件系統(tǒng)的/sys或/proc相關(guān)目錄下可以找到。Linux USB主機(jī)端驅(qū)動涉及的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有:

usb_driver:USB接口驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)體;

usb_device_driver:USB設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)體;

usb_bus:USB總線結(jié)構(gòu)體;

usb_device:USB設(shè)備結(jié)構(gòu)體;

urb:USB請求結(jié)構(gòu)體。

在每個USB設(shè)備驅(qū)動程序里都有1個設(shè)備表usb_device_id,用來保存此設(shè)備驅(qū)動程序所支持的USB設(shè)備,如U盤驅(qū)動程序的ID表名為usb_storage_ids,如果有些USB設(shè)備的驅(qū)動Linux內(nèi)核并不支持,就可以把這些USB設(shè)備的數(shù)據(jù)(包括設(shè)備供應(yīng)商編號、產(chǎn)品編號、供應(yīng)商名稱、產(chǎn)品名稱、USB協(xié)議、初始化函數(shù)、標(biāo)記等,這些信息的獲取不依賴于特定的設(shè)備驅(qū)動程序,設(shè)備接入后可以從根文件系統(tǒng)的目錄/proc中查看到)添加到相關(guān)設(shè)備驅(qū)動程序的usb_device_ids中去,如U盤的驅(qū)動程序設(shè)備表id_storage_ids在內(nèi)核頭文件/drivers/usb/storage/unusual_devs.h中。每當(dāng)有USB設(shè)備接入系統(tǒng),USB內(nèi)核的執(zhí)行步驟如圖4所示:

在device-add()函數(shù)中內(nèi)核將該USB設(shè)備添加到USB總線上,并調(diào)用USB總線的匹配函數(shù)usb_device_match()尋找這個設(shè)備的驅(qū)動程序,最終將該設(shè)備與匹配的驅(qū)動程序綁定。

3 U盤設(shè)備驅(qū)動示例

U盤是USB存儲器的通稱,在內(nèi)核中被定義為USBMass Storage,除了默認(rèn)配置以外,要在Linux中使用U盤還必須完成以下步驟:

(1)SCSl支持

U盤屬于海量存儲設(shè)備,Linux將它定義為SCSI塊設(shè)備,所以必須要配置這個選項。內(nèi)核配置選項如下:

(2)Windows文件系統(tǒng)支持

U盤可能大都是Windows下的文件格式,所以這里有必要選上對Windows下文件格式和語言的支持。內(nèi)核配置選項如下:

(3)USB驅(qū)動支持

USB驅(qū)動主要包括對USB主機(jī)端的支持、USB文件系統(tǒng)、OHCI協(xié)議、USB Mass Storage的支持。內(nèi)核配置選項如下:

(4)在/dev目錄下新建sda設(shè)備節(jié)點

為了能夠順利地訪問USB設(shè)備,必須在/dev目錄下建立相應(yīng)的設(shè)備節(jié)點。由于U盤被定義為塊設(shè)備,所以必須建立SCSI塊設(shè)備節(jié)點,命令如下:

mknod-m 600 sda*b8*

這里的“*”根據(jù)不同的系統(tǒng)而不同。假如有很多的SCSI設(shè)備則需要建立許多的sda*設(shè)備節(jié)點,至于U盤具體是哪一個設(shè)備節(jié)點,則需要根據(jù)fdisk命令來查詢。

(5)安裝U盤

將U盤插入后,首先我們可以通過fdisk-1命令看到U盤的信息(包括該U盤是第幾個SCSI塊設(shè)備節(jié)點,容量是多少等等),然后通過命令mount-t vfat/dev/sda*/mnt/usb(前提是已經(jīng)在/mnt目錄下建立了usb目錄,并且U盤的格式為Windows下的vfat)安裝U盤到指定的目錄下。這里的“*”由fdisk命令顯示的內(nèi)容來定。

(6)運(yùn)行結(jié)果

先將U盤插入主機(jī)端接口,再啟動系統(tǒng),就會打印出以下相關(guān)的信息:

根文件系統(tǒng)啟動以后,可以通過cat命令顯示該U盤的相關(guān)信息,如:/cat/proc/bus/usb/devices。

4 結(jié)語

隨著USB接口越來越廣泛的應(yīng)用,USB-IF在2000年推出了USB 2.0規(guī)范。USB 2.0規(guī)范在兼容USB 1.X規(guī)范的基礎(chǔ)上支持480 Mb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸。同時隨著Linux內(nèi)核的不斷擴(kuò)充,內(nèi)核將支持越來越多的USB設(shè)備和USB主機(jī)控制器,這對于USB的普及和應(yīng)用有很重要的意義。

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關(guān)鍵詞: USB Linux 接口 設(shè)備

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