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基于AT91RM9200的USB主机端Linux驱动

已有 1626 次阅读| 2009-11-24 21:36 |个人分类:linux驱动开发

通用串行总线(USB)是一种新兴的计算机外围串行通信接口标准,它克服传统计算机串/并口的缺陷,具有热插拔、即插即用、数据传输可靠、扩展方便、低成本等优点,已成为当前计算机必备的接口之一,同时也被广泛地应用与嵌入式系统设计中。本文着重介绍嵌入式Linux中的USB主机端驱动。其硬件平台是AT91RM9200处理器系统,软件平台是Linux-2.6.19.2内核。

1 AT91RM9200 USB主机端接口硬件构成

AT91RM9200处理器是Atmel公司一款比较流行的微型处理器,它具有ARM920T内核(带有MMU),主时钟频率可达240 MHz,很适合嵌入式系统应用,它同时具有USB主机端和设备端,其中主机端处理开HCI协议(OHCI)及USB v2.0全速与低速协议,还给ASB提供简单的读/写协议,USB主机端口还集成1个根集线器,硬件结构如图1所示。

2 Linux USB主机端驱动

Linux在1999年就在其核心内嵌入了USB驱动程序。理解Linux的USB主机端驱动结构和原理,对在Linux系统上开发USB设备端驱动程序,以及进一步理解USB协议有着很重要的意义。下面基于内核版本2.6.19.2分析Linux USB的主机端驱动。

Linux USB主机端驱动主要分为:主机控制器驱动、USB核心驱动和USB设备端驱动3个部分,它们之间的层次关系如图2所示。

在Linux内核中关于USB的代码主要由2个部分构成:板级支持代码和USB驱动代码。其中板极支持代码主要分布在与处理器有关的目录里,如:/arch/arm/mach-at91rm9200目录。USB驱动代码主要集中在/drivers/usb目录里,主要包括USB核心驱动,主机控制器驱动,从机端驱动,各类设备端驱动程序。其中在Atmel的板极支持代码/arch/arm/mach-at91rm9200/devices.c中包括USB主机端和从机端资源的数据结构at91_usbh_re-sources,at91_udc_resources,平台设备数据结构at91rm9200_usbh_device,at91rm9200_udc_device,以及设备注册函数at91_add_device_usbh(),at91_add_device_udc(),这2个函数在板极初始化函数中被调用,向内核添加USB主机设备和从机设备。USB驱动的核心代码是在/drivers/usb/core目录里,主要的作用是管理设备端驱动程序、控制协议命令集、管理数据传输、配置和管理USB设备、管理主机控制器。USB核心启动代码在目录/drivers/usb/core/usb.c中,具体的步骤如图3所示。

USB核心启动以后的结果是:注册1条总线“usb”,1个文件系统“usbfs”,创建2个设备类“usb_host”,“usb_device”,创建了许多的字符设备节点,分别是主设备号为180,从设备号是0~255,主设备号为189,从设备号为0~64×128,注册3个驱动程序:“usbfs”,“hub”,“usb”。创建一个内核线程“khubd”,PID=40,一旦有USB设备接入,这个内核线程就能捕捉到,并调用相应的驱动探测函数。这些内容在系统启动以后根文件系统的/sys或/proc相关目录下可以找到。Linux USB主机端驱动涉及的主要数据结构有:

usb_driver:USB接口驱动程序结构体;

usb_device_driver:USB设备驱动程序结构体;

usb_bus:USB总线结构体;

usb_device:USB设备结构体;

urb:USB请求结构体。

在每个USB设备驱动程序里都有1个设备表usb_device_id,用来保存此设备驱动程序所支持的USB设备,如U盘驱动程序的ID表名为usb_storage_ids,如果有些USB设备的驱动Linux内核并不支持,就可以把这些USB设备的数据(包括设备供应商编号、产品编号、供应商名称、产品名称、USB协议、初始化函数、标记等,这些信息的获取不依赖于特定的设备驱动程序,设备接入后可以从根文件系统的目录/proc中查看到)添加到相关设备驱动程序的usb_device_ids中去,如U盘的驱动程序设备表id_storage_ids在内核头文件/drivers/usb/storage/unusual_devs.h中。每当有USB设备接入系统,USB内核的执行步骤如图4所示:

在device-add()函数中内核将该USB设备添加到USB总线上,并调用USB总线的匹配函数usb_device_match()寻找这个设备的驱动程序,最终将该设备与匹配的驱动程序绑定。

3 U盘设备驱动示例

U盘是USB存储器的通称,在内核中被定义为USBMass Storage,除了默认配置以外,要在Linux中使用U盘还必须完成以下步骤:

(1)SCSl支持

U盘属于海量存储设备,Linux将它定义为SCSI块设备,所以必须要配置这个选项。内核配置选项如下:

(2)Windows文件系统支持

U盘可能大都是Windows下的文件格式,所以这里有必要选上对Windows下文件格式和语言的支持。内核配置选项如下:

(3)USB驱动支持

USB驱动主要包括对USB主机端的支持、USB文件系统、OHCI协议、USB Mass Storage的支持。内核配置选项如下:

(4)在/dev目录下新建sda设备节点

为了能够顺利地访问USB设备,必须在/dev目录下建立相应的设备节点。由于U盘被定义为块设备,所以必须建立SCSI块设备节点,命令如下:

mknod-m 600 sda*b8*

这里的“*”根据不同的系统而不同。假如有很多的SCSI设备则需要建立许多的sda*设备节点,至于U盘具体是哪一个设备节点,则需要根据fdisk命令来查询。

(5)安装U盘

将U盘插入后,首先我们可以通过fdisk-1命令看到U盘的信息(包括该U盘是第几个SCSI块设备节点,容量是多少等等),然后通过命令mount-t vfat/dev/sda*/mnt/usb(前提是已经在/mnt目录下建立了usb目录,并且U盘的格式为Windows下的vfat)安装U盘到指定的目录下。这里的“*”由fdisk命令显示的内容来定。

(6)运行结果

先将U盘插入主机端接口,再启动系统,就会打印出以下相关的信息:

根文件系统启动以后,可以通过cat命令显示该U盘的相关信息,如:/cat/proc/bus/usb/devices。

4 结语

随着USB接口越来越广泛的应用,USB-IF在2000年推出了USB 2.0规范。USB 2.0规范在兼容USB 1.X规范的基础上支持480 Mb/s的高速数据传输。同时随着Linux内核的不断扩充,内核将支持越来越多的USB设备和USB主机控制器,这对于USB的普及和应用有很重要的意义。

 原文地址 http://www.edesign-stuido.com.cn/newshow.asp?id=117&mnid=130112&classname=技术资料&uppage=/news.asp

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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 zgm007 2009-11-25 11:51
这个写的挺好的

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