基于libusb的无驱设计.docx
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基于libusb的无驱设计.docx
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基于libusb的无驱设计
基于libusb的无驱设计
(一)
驱动开发向来是内核开发中工作量最多的一块,随着USB设备的普及,大量的USB设备的驱动开发也成为驱动开发者手头上做的最多的事情。
本文主要介绍Linux平台下基于libusb的驱动开发,希望能够给从事Linux驱动开发的朋友带来些帮助,更希望能够给其他平台上的无驱设计带来些帮助。
文章是我在工作中使用libusb的一些总结,难免有错误,如有不当的地方,还请指正。
Linux平台上的usb驱动开发,主要有内核驱动的开发和基于libusb的无驱设计。
对于内核驱动的大部分设备,诸如带usb接口的hid设备,linux本身已经自带了相关的驱动,我们只要操作设备文件便可以完成对设备大部分的操作,而另外一些设备,诸如自己设计的硬件产品,这些驱动就需要我们驱动工程师开发出相关的驱动了。
内核驱动有它的优点,然而内核驱动在某些情况下会遇到如下的一些问题:
1当使用我们产品的客户有2.4内核的平台,同时也有2.6内核的平台,我们要设计的驱动是要兼容两个平台的,就连makefile我们都要写两个。
2当我们要把linux移植到嵌入平台上,你会发现原先linux自带的驱动移过去还挺大的,我的内核当然是越小越好拉,这样有必要么。
这还不是最郁闷的地方,如果嵌入平台是客户的,客户要购买你的产品,你突然发现客户设备里的系统和你的环境不一样,它没有你要的驱动了,你的程序运行不了,你会先想:
“没关系,我写个内核驱动加载一下不就行了“。
却发现客户连insmod加载模块的工具都没移植,那时你就看看老天,说声我怎么那么倒霉啊,客户可不想你动他花了n时间移植的内核哦
3花了些功夫写了个新产品的驱动,挺有成就感啊,代码质量也是相当的有水准啊。
正当你沉醉在你的代码中时,客服不断的邮件来了,“客户需要2.6.5内核的驱动,config文件我已经发你了”“客户需要双核的2.6.18-smp的驱动”“客户的平台是自己定制的是2.6.12-xxx“ 你恨不得把驱动的源代码给客户,这样省得编译了。
你的一部分工作时间编译内核,定制驱动
有问题产生必然会有想办法解决问题的人,libusb的出现给我们带来了某些方便,即节约了我们的时间,也降低了公司的成本。
所以在一些情况下,就可以考虑使用libusb的无驱设计了。
下面我们就来详细讨论一下libusb,并以写一个hid设备的驱动来讲解如何运用libusb,至于文章中涉及的usb协议的知识,限于篇幅,就不详细讲解了,相关的可自行查看usb相关协议。
一libusb介绍
libusb设计了一系列的外部API为应用程序所调用,通过这些API应用程序可以操作硬件,从libusb的源代码可以看出,这些API调用了内核的底层接口,和kerneldriver中所用到的函数所实现的功能差不多,只是libusb更加接近USB规范。
使得libusb的使用也比开发内核驱动相对容易的多。
Libusb的编译安装请查看Readme,这里不做详解
二libusb的外部接口
2.1初始化设备接口
这些接口也可以称为核心函数,它们主要用来初始化并寻找相关设备。
usb_init
函数定义:
voidusb_init(void);
从函数名称可以看出这个函数是用来初始化相关数据的,这个函数大家只要记住必须调用就行了,而且是一开始就要调用的.
usb_find_busses
函数定义:
intusb_find_busses(void);
寻找系统上的usb总线,任何usb设备都通过usb总线和计算机总线通信。
进而和其他设备通信。
此函数返回总线数。
usb_find_devices
函数定义:
intusb_find_devices(void);
寻找总线上的usb设备,这个函数必要在调用usb_find_busses()后使用。
以上的三个函数都是一开始就要用到的,此函数返回设备数量。
usb_get_busses
函数定义:
structusb_bus*usb_get_busses(void);
这个函数返回总线的列表,在高一些的版本中已经用不到了,这在下面的实例中会有讲解
2.2操作设备接口
usb_open
函数定义:
usb_dev_handle*usb_open(struct*usb_devicedev);
打开要使用的设备,在对硬件进行操作前必须要调用usb_open来打开设备,这里大家看到有两个结构体usb_dev_handle和usb_device是我们在开发中经常碰到的,有必要把它们的结构看一看。
在libusb中的usb.h和usbi.h中有定义。
这里我们不妨理解为返回的usb_dev_handle指针是指向设备的句柄,而行参里输入就是需要打开的设备。
usb_close
函数定义:
intusb_close(usb_dev_handle*dev);
与usb_open相对应,关闭设备,是必须调用的,返回0成功,<0失败。
usb_set_configuration
函数定义:
intusb_set_configuration(usb_dev_handle*dev,intconfiguration);
设置当前设备使用的configuration,参数configuration是你要使用的configurtationdescriptoes中的bConfigurationValue,返回0成功,<0失败(一个设备可能包含多个configuration,比如同时支持高速和低速的设备就有对应的两个configuration,详细可查看usb标准)
usb_set_altinterface
函数定义:
intusb_set_altinterface(usb_dev_handle*dev,intalternate);
和名字的意思一样,此函数设置当前设备配置的interfacedescriptor,参数alternate是指interfacedescriptor中的bAlternateSetting。
返回0成功,<0失败
usb_resetep
函数定义:
intusb_resetep(usb_dev_handle*dev,unsignedintep);
复位指定的endpoint,参数ep是指bEndpointAddress,。
这个函数不经常用,被下面介绍的usb_clear_halt函数所替代。
usb_clear_halt
函数定义:
intusb_clear_halt(usb_dev_handle*dev,unsignedintep);
复位指定的endpoint,参数ep是指bEndpointAddress。
这个函数用来替代usb_resetep
usb_reset
函数定义:
intusb_reset(usb_dev_handle*dev);
这个函数现在基本不怎么用,不过这里我也讲一下,和名字所起的意思一样,这个函数reset设备,因为重启设备后还是要重新打开设备,所以用usb_close就已经可以满足要求了。
usb_claim_interface
函数定义:
intusb_claim_interface(usb_dev_handle*dev,intinterface);
注册与操作系统通信的接口,这个函数必须被调用,因为只有注册接口,才能做相应的操作。
Interface指bInterfaceNumber.(下面介绍的usb_release_interface与之相对应,也是必须调用的函数)
usb_release_interface
函数定义:
intusb_release_interface(usb_dev_handle*dev,intinterface);
注销被usb_claim_interface函数调用后的接口,释放资源,和usb_claim_interface对应使用。
2.3控制传输接口
usb_control_msg
函数定义:
intusb_control_msg(usb_dev_handle*dev,intrequesttype,intrequest,intvalue,intindex,char*bytes,intsize,inttimeout);
从默认的管道发送和接受控制数据
usb_get_string
函数定义:
intusb_get_string(usb_dev_handle*dev,intindex,intlangid,char*buf,size_tbuflen);
usb_get_string_simple
函数定义:
intusb_get_string_simple(usb_dev_handle*dev,intindex,char*buf,size_tbuflen);
usb_get_descriptor
函数定义:
intusb_get_descriptor(usb_dev_handle*dev,unsignedchartype,unsignedcharindex,void*buf,intsize);
usb_get_descriptor_by_endpoint
函数定义:
intusb_get_descriptor_by_endpoint(usb_dev_handle*dev,intep,unsignedchartype,unsignedcharindex,void*buf,intsize);
2.4批传输接口
usb_bulk_write
函数定义:
intusb_bulk_write(usb_dev_handle*dev,intep,char*bytes,intsize,inttimeout);
usb_interrupt_read
函数定义:
intusb_interrupt_read(usb_dev_handle*dev,intep,char*bytes,intsize,inttimeout);
2.5中断传输接口
usb_bulk_write
函数定义:
intusb_bulk_write(usb_dev_handle*dev,intep,char*bytes,intsize,inttimeout);
usb_interrupt_read
函数定义:
intusb_interrupt_read(usb_dev_handle*dev,intep,char*bytes,intsize,inttimeout);
基本上libusb所经常用到的函数就有这些了,和usb协议确实很接近吧。
下面我们实例在介绍一个应用。
基于libusb的无驱设计
(二)
使用libusb之前你的linux系统必须装有usb文件系统,这里还介绍了使用hiddev设备文件来访问设备,目的在于不仅可以比较出usb的易用性,还提供了一个转化成libusb驱动的案例。
3.1find设备
任何驱动第一步首先是寻找到要操作的设备,我们先来看看HID驱动是怎样寻找到设备的。
我们假设寻找设备的函数Device_Find(注:
代码只是为了方便解说,不保证代码的健全)
[cpp:
nogutter]viewplaincopyprint?
1. . /* 我们简单看一下使用hid驱动寻找设备的实现,然后在看一下libusb是如何寻找设备的 */
2. . int Device_Find()
3. . {
4. . char dir_str[100]; /* 这个变量我们用来保存设备文件的目录路径 */
5. . char hiddev[100]; /* 这个变量用来保存设备文件的全路径 */
6. . DIR dir;
7. .
8. . /* 申请的字符串数组清空,这个编程习惯要养成 */
9. . memset (dir_str, 0 , sizeof(dir_str));
10.. memset (hiddev, 0 , sizeof(hiddev));
11..
12.. /* hiddev 的设备描述符不在/dev/usb/hid下面,就在/dev/usb 下面
13.. 这里我们使用opendir函数来检验目录的有效性
14.14. 打开目录返回的值保存在变量dir里,dir前面有声明
15.. */
16.. dir=opendir("/dev/usb/hid");
17.. if(dir){
18.. /* 程序运行到这里,说明存在 /dev/usb/hid 路径的目录 */
19.. sprintf(dir_str,"/dev/usb/hid/");
20.. closedir(dir);
21.. }else{
22.. /* 如果不存在hid目录,那么设备文件就在/dev/usb下 */
23.. sprintf(dir_str,"/dev/usb/");
24.. }
25..
26.. /* DEVICE_MINOR 是指设备数,HID一般是16个 */
27.. for(i = 0; i < DEVICE_MINOR; i++) {
28.. /* 获得全路径的设备文件名,一般hid设备文件名是hiddev0 到 hiddev16 */
29.. sprintf(hiddev, "%shiddev%d", dir_str,i);
30..
31.. /* 打开设备文件,获得文件句柄 */
32.. fd = open(hiddev, O_RDWR);
33.. if(fd > 0) {
34..
35.. /* 操作设备获得设备信息 */
36.. ioctl(fd, HIDIOCGDEVINFO, &info);
37..
38.. /* VENDOR_ID 和 PRODUCT_ID 是标识usb设备厂家和产品ID,
39.. 驱动都需要这两个参数来寻找设备,到此我们寻找到了设备 */
40.. if(info.vendor== VENDOR_ID && info.product== PRODUCT_ID) {
41.. /* 这里添加设备的初始化代码 */
42..
43..
44.. device_num++; /* 找到的设备数 */
45.. }
46.. close(fd);
47.. }
48.. }
49.. return device_num; /* 返回寻找的设备数量 */
50.. }
我们再来看libusb是如何来寻找和初始化设备
[cpp:
nogutter]viewplaincopyprint?
1. . int Device_Find()
2. . {
3. . struct usb_bus *busses;
4. .
5. . int device_num = 0;
6. .
7. . device_num = 0; /* 记录设备数量 */
8. .
9. . usb_init(); /* 初始化 */
10.. usb_find_busses(); /* 寻找系统上的usb总线 */
11.. usb_find_devices(); /* 寻找usb总线上的usb设备 */
12..
13.. /* 获得系统总线链表的句柄 */
14.. busses = usb_get_busses();
15..
16.. struct usb_bus *bus;
17.. /* 遍历总线 */
18.. for (bus = busses; bus; bus = bus->next) {
19.. struct usb_device *dev;
20.. /* 遍历总线上的设备 */
21.. for (dev = bus->devices; dev; dev = dev->next) {
22..
23.. /* 寻找到相关设备, */
24.. if(dev->descriptor.idVendor==VENDOR_ID&& dev->descriptor.idProduct == PRODUCT_ID){
25.. /* 这里添加设备的初始化代码 */
26..
27.. device_num++; /* 找到的设备数 */
28.. }
29.. }
30.. }
31.. return device_num; /* 返回设备数量 */
32.. }
注:
在新版本的libusb中,usb_get_busses就可以不用了,这个函数是返回系统上的usb总线链表句柄
这里我们直接用usb_busses变量,这个变量在usb.h中被定义为外部变量
所以可以直接写成这样:
[cpp:
nogutter]viewplaincopyprint?
1.. struct usb_bus *bus;
2.. for (bus = usb_busses; bus; bus = bus->next) {
3.. struct usb_device *dev;
4.. for (dev = bus->devices; dev; dev = dev->next) {
5.. /* 这里添加设备的初始化代码 */
6.. }
7.. }
3.2打开设备
假设我们定义的打开设备的函数名是device_open,
[cpp:
nogutter]viewplaincopyprint?
1. 1 /* 使用hid驱动打开设备 */
2. . int Device_Open()
3. . {
4. . int handle;
5. . /* 传统HID驱动调用,通过open打开设备文件就可 */
6. . handle = open(“hiddev0”, O_RDONLY);
7. . }
8. .
9. . /* 使用libusb打开驱动 */
10..
11.. int Device_Open()
12.. {
13.. /* LIBUSB 驱动打开设备,这里写的是伪代码,不保证代码有用 */
14.. struct usb_device* udev;
15.. usb_dev_handle* device_handle;
16..
17..
18.. /* 当找到设备后,通过usb_open打开设备,这里的函数就相当open 函数 */
19.. device_handle = usb_open(udev);
20.. }
3.3读写设备和操作设备
假设我们的设备使用控制传输方式,至于批处理传输和中断传输限于篇幅这里不介绍
我们这里定义三个函数,Device_Write,Device_Read,Device_Report
Device_Report功能发送接收函数
Device_Write功能写数据
Device_Read 功能读数据
Device_Write和Device_Read调用Device_Report发送写的信息和读的信息,开发者根据发送的命令协议来设计,我们这里只简单实现发送数据的函数。
假设我们要给设备发送72字节的数据,头8个字节是报告头,是我们定义的和设备相关的规则,后64位是数据。
HID驱动的实现(这里只是用代码来有助理解,代码是伪代码)
[cpp:
nogutter]viewplaincopyprint?
1. . int Device_Report(int fd, unsigned char *buffer72)
2. . {
3. . int ret; /* 保存ioctl函数的返回值 */
4. . int index;
5. . unsigned char send_data[72]; /* 发送的数据 */
6.
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