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基于linux的usb驱动及libusb的常用接口

基于linux的usb驱动分析和host端基于libusb的接口实现usb的读写.

usb的硬件设计

USB的硬件设计简单介绍

usb协议

USB的概念和协议等.
问1. 既然还没有"驱动程序"，为何能知道是"android phone"
答1. windows里已经有了USB的总线驱动程序，接入USB设备后，是"总线驱动程序"知道你是"android phone"
提示你安装的是"设备驱动程序"
USB总线驱动程序负责：识别USB设备, 给USB设备找到对应的驱动程序

问2. USB设备种类非常多，为什么一接入电脑，就能识别出来？
答2. PC和USB设备都得遵守一些规范。
比如：USB设备接入电脑后，PC机会发出"你是什么"？
USB设备就必须回答"我是xxx", 并且回答的语言必须是中文
USB总线驱动程序会发出某些命令想获取设备信息(描述符)，
USB设备必须返回"描述符"给PC

问3. PC机上接有非常多的USB设备，怎么分辨它们？
USB接口只有4条线: 5V,GND,D-,D+
答3. 每一个USB设备接入PC时，USB总线驱动程序都会给它分配一个编号
接在USB总线上的每一个USB设备都有自己的编号(地址)
PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)

问4. USB设备刚接入PC时，还没有编号；那么PC怎么把"分配的编号"告诉它？
答4. 新接入的USB设备的默认编号是0，在未分配新编号前，PC使用0编号和它通信。

问5. 为什么一接入USB设备，PC机就能发现它？
答5. PC的USB口内部，D-和D+接有15K的下拉电阻，未接USB设备时为低电平
USB设备的USB口内部，D-或D+接有1.5K的上拉电阻；它一接入PC，就会把PC USB口的D-或D+拉高，从硬件的角度通知PC有新设备接入

概念:

1. USB是主从结构的
   所有的USB传输，都是从USB主机这方发起；USB设备没有"主动"通知USB主机的能力。
   例子：USB鼠标滑动一下立刻产生数据，但是它没有能力通知PC机来读数据，只能被动地等得PC机来读。

2. USB的传输类型:
   a. 控制传输：可靠，时间有保证，比如：USB设备的识别过程
   b. 批量传输: 可靠, 时间没有保证, 比如：U盘
   c. 中断传输：可靠，实时，比如：USB鼠标
   d. 实时传输：不可靠，实时，比如：USB摄像头

3. USB传输的对象：端点(endpoint)
   我们说"读U盘"、“写U盘”，可以细化为：把数据写到U盘的端点1，从U盘的端点2里读出数据
   除了端点0外，每一个端点只支持一个方向的数据传输
   端点0用于控制传输，既能输出也能输入

4. 每一个端点都有传输类型，传输方向

5. 术语里、程序里说的输入(IN)、输出(OUT) “都是” 基于USB主机的立场说的。
   比如鼠标的数据是从鼠标传到PC机, 对应的端点称为"输入端点"

6. USB总线驱动程序的作用
   a. 识别USB设备
   b. 查找并安装对应的设备驱动程序
   c. 提供USB读写函数

7. USB协议
   UHCI: intel, 低速(1.5Mbps)/全速(12Mbps)
   OHCI: microsoft 低速/全速
   EHCI: 高速(480Mbps)
   USB驱动程序框架:

Linux usb驱动

USB的驱动介绍. 可参考书籍<LINUX内核源代码情景分析>
app:

-------------------------------------------USB设备驱动程序      // 知道数据含义
内核 --------------------------------------USB总线驱动程序      // 1. 识别, 2. 找到匹配的设备驱动, 3. 提供USB读写函数 (它不知道数据含义)
-------------------------------------------USB主机控制器UHCI OHCI EHCI
硬件        -----------USB设备

USB总线驱动程序的作用

1. 识别USB设备
   1.1 分配地址
   1.2 并告诉USB设备(set address)
   1.3 发出命令获取描述符
   描述符的信息可以在include\linux\usb\Ch9.h看到

在内核目录下搜:

grep "USB device using" * -nR
drivers/usb/core/hub.c:2186:              "%s %s speed %sUSB device using %s and address %d\n",hub_irqkick_khubdhub_threadhub_eventshub_port_connect_changeudev = usb_alloc_dev(hdev, hdev->bus, port1);dev->dev.bus = &usb_bus_type;choose_address(udev); // 给新设备分配编号(地址)hub_port_init   // usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 3hub_set_address  // 把编号(地址)告诉USB设备usb_get_device_descriptor(udev, 8); // 获取设备描述符retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);usb_new_device(udev)   err = usb_get_configuration(udev); // 把所有的描述符都读出来，并解析usb_parse_configurationdevice_add  // 把device放入usb_bus_type的dev链表, // 从usb_bus_type的driver链表里取出usb_driver，// 把usb_interface和usb_driver的id_table比较// 如果能匹配，调用usb_driver的probe

怎么写USB设备驱动程序？

1. 分配/设置usb_driver结构体
   .id_table
   .probe
   .disconnect
2. 注册

测试1th/2th:

1. make menuconfig去掉原来的USB鼠标驱动
   -> Device Drivers
   -> HID Devices
   <> USB Human Interface Device (full HID) support

2. make uImage 并使用新的内核启动

3. insmod usbmouse_as_key.ko

4. 在开发板上接入、拔出USB鼠标

测试3th:

1. insmod usbmouse_as_key.ko
2. ls /dev/event*
3. 接上USB鼠标
4. ls /dev/event*
5. 操作鼠标观察数据

测试4th:

1. insmod usbmouse_as_key.ko
2. ls /dev/event*
3. 接上USB鼠标
4. ls /dev/event*
5. cat /dev/tty1 然后按鼠标键
6. hexdump /dev/event0

libusb的使用

官方API
参考博客
异步传输参考
libusb api 博客
hidapi

编程操作步骤:

1）initialize the library by calling the function libusb_init and creating a session
2）Call the function libusb_get_device_list to get a list of connected devices. This creates an array oflibusb_device containing all usb devices connected to the system.
3）Loop through all these devices and check their options
4）Discover the one and open the device either by libusb_open or libusb_open_device_with_vid_pid(when you know vendor and product id of the device) to open the device
5）Clear the list you got from libusb_get_device_list by using libusb_free_device_list
6）Claim the interface with libusb_claim_interface (requires you to know the interface numbers of device)
7）Do desired I/O
8）Release the device by using libusb_release_interface
9）Close the device you openedbefore, by using libusb_close
10）Close the session by using libusb_exit

control_transfer

1. init libusb

int ret = libusb_init(NULL);
if(ret < 0){printf("init libusb err : %d\n", ret);return NULL;
}
printf("init libusb success\n");
libusb_set_debug(NULL, LIBUSB_LOG_LEVEL_INFO);

2. select target device

 libusb_device **devs;struct libusb_device_descriptor desc;struct libusb_config_descriptor *conf_desc = NULL;ret = libusb_init(NULL);if(ret < 0){printf("init libusb err : %d\n", ret);return NULL;}printf("init libusb success\n");libusb_set_debug(NULL, LIBUSB_LOG_LEVEL_INFO);ssize_t cnt = libusb_get_device_list(NULL, &devs);if(cnt <= 0){printf("usb device list is empty \n");printf("have you forgetton plugin usb device ? \n");return NULL;}printf(" -----------------------------\n");printf("get device list cnt : %Zu\n", cnt);for (i = 0; devs[i]; ++i) {ret = libusb_get_device_descriptor(devs[i], &desc);if(ret < 0){printf("can not get device descriptor : %d\n",ret);continue;}if(desc.idVendor == vid && desc.idProduct == pid){print_dev(devs[i]); }}libusb_free_device_list(devs,1);

3. print device info

 void print_dev(libusb_device *dev){struct libusb_device_descriptor desc;libusb_device_handle *handle = NULL;char description[256];char string[256];int ret;ret = libusb_get_device_descriptor(dev, &desc);if(ret < 0){printf("failed to get device descriptor \n");return;}ret = libusb_open(dev, &handle);if(LIBUSB_SUCCESS == ret){if(desc.iManufacturer){ret = libusb_get_string_descriptor_ascii(handle, desc.iManufacturer, string, sizeof(string));if(ret > 0){snprintf(description, sizeof(description),"%s - ",string);}else{snprintf(description, sizeof(description), "%04X - ", desc.idVendor);}}else{snprintf(description, sizeof(description), "%04X - ",desc.idVendor);}if(desc.iProduct){ret = libusb_get_string_descriptor_ascii(handle, desc.iProduct,string,sizeof(string));if(ret > 0){snprintf(description + strlen(description), sizeof(description) - strlen(description),"%s",string);}else{snprintf(description + strlen(description), sizeof(description) - strlen(description), "%04X",desc.idProduct);}<