通用串行總線(USB)是一種新興的計算機外圍串行通信接口標準，它克服傳統(tǒng)計算機串／并口的缺陷，具有熱插拔、即插即用、數(shù)據(jù)傳輸可靠、擴展方便、低成本等優(yōu)點，已成為當前計算機必備的接口之一，同時也被廣泛地應用與嵌入式系統(tǒng)設計中。本文著重介紹嵌入式Linux中的USB主機端驅動。其硬件平臺是AT91RM9200處理器系統(tǒng)，軟件平臺是Linux-2.6.19.2內核。

1 AT91RM9200 USB主機端接口硬件構成

AT91RM9200處理器是Atmel公司一款比較流行的微型處理器，它具有ARM920T內核(帶有MMU)，主時鐘頻率可達240 MHz，很適合嵌入式系統(tǒng)應用，它同時具有USB主機端和設備端，其中主機端處理開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主機端口還集成1個根集線器，硬件結構如圖1所示。

2 Linux USB主機端驅動

Linux在1999年就在其核心內嵌入了USB驅動程序。理解Linux的USB主機端驅動結構和原理，對在Linux系統(tǒng)上開發(fā)USB設備端驅動程序，以及進一步理解USB協(xié)議有著很重要的意義。下面基于內核版本2.6.19.2分析Linux USB的主機端驅動。

Linux USB主機端驅動主要分為：主機控制器驅動、USB核心驅動和USB設備端驅動3個部分，它們之間的層次關系如圖2所示。

在Linux內核中關于USB的代碼主要由2個部分構成：板級支持代碼和USB驅動代碼。其中板極支持代碼主要分布在與處理器有關的目錄里，如：／arch／arm／mach-at91rm9200目錄。USB驅動代碼主要集中在／drivers／usb目錄里，主要包括USB核心驅動，主機控制器驅動，從機端驅動，各類設備端驅動程序。其中在Atmel的板極支持代碼／arch／arm／mach-at91rm9200／devices.c中包括USB主機端和從機端資源的數(shù)據(jù)結構at91_usbh_re-sources，at91_udc_resources，平臺設備數(shù)據(jù)結構at91rm9200_usbh_device，at91rm9200_udc_device，以及設備注冊函數(shù)at91_add_device_usbh()，at91_add_device_udc()，這2個函數(shù)在板極初始化函數(shù)中被調用，向內核添加USB主機設備和從機設備。USB驅動的核心代碼是在／drivers／usb／core目錄里，主要的作用是管理設備端驅動程序、控制協(xié)議命令集、管理數(shù)據(jù)傳輸、配置和管理USB設備、管理主機控制器。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核心啟動以后的結果是：注冊1條總線“usb”，1個文件系統(tǒng)“usbfs”，創(chuàng)建2個設備類“usb_host”，“usb_device”，創(chuàng)建了許多的字符設備節(jié)點，分別是主設備號為180，從設備號是0～255，主設備號為189，從設備號為0～64×128，注冊3個驅動程序：“usbfs”,“hub”，“usb”。創(chuàng)建一個內核線程“khubd”，PID=40，一旦有USB設備接入，這個內核線程就能捕捉到，并調用相應的驅動探測函數(shù)。這些內容在系統(tǒng)啟動以后根文件系統(tǒng)的／sys或／proc相關目錄下可以找到。Linux USB主機端驅動涉及的主要數(shù)據(jù)結構有：

usb_driver：USB接口驅動程序結構體；

usb_device_driver：USB設備驅動程序結構體；

usb_bus：USB總線結構體；

usb_device：USB設備結構體；

urb：USB請求結構體。

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

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

3 U盤設備驅動示例

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

(1)SCSl支持

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

(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。內核配置選項如下：

(3)USB驅動支持

USB驅動主要包括對USB主機端的支持、USB文件系統(tǒng)、OHCI協(xié)議、USB Mass Storage的支持。內核配置選項如下：

(4)在／dev目錄下新建sda設備節(jié)點

為了能夠順利地訪問USB設備，必須在／dev目錄下建立相應的設備節(jié)點。由于U盤被定義為塊設備，所以必須建立SCSI塊設備節(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設備則需要建立許多的sda*設備節(jié)點，至于U盤具體是哪一個設備節(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命令顯示的內容來定。

(6)運行結果

先將U盤插入主機端接口，再啟動系統(tǒng)，就會打印出以下相關的信息：

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

4 結語

隨著USB接口越來越廣泛的應用，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)范的基礎上支持480 Mb／s的高速數(shù)據(jù)傳輸。同時隨著Linux內核的不斷擴充，內核將支持越來越多的USB設備和USB主機控制器，這對于USB的普及和應用有很重要的意義。