基于Linux的USB主/從設備之間的三種通信方式

　　在usb -char中，真正的操作開(kāi)始于usbc_open()函數，列表1給出了函數的一部分代碼。筆者由于臨時(shí)的興趣，對該代碼做了一點(diǎn)修改，取消了錯誤和超時(shí)句柄。在此向代碼的原作者Brad Parker、Nicolas Pitre 和Ward Willats致歉。

　　twiddle_descriptors()函數用于設置設備的USB描述符。在描述符設置好之后，我們就可以開(kāi)始進(jìn)行設備查詢(xún)，并從USB 主機接收一幀數據。kick_start_rx()函數段的代碼主要用于調用sa1100_usb_recv()，建立回調。

　　在USB主機發(fā)送一個(gè)數據包時(shí)，設備的內核模塊會(huì )通過(guò)回調方式調用rx_done_callback_packet_buffer()函數，將數據包的內容送入一個(gè)FIFO隊列，以便能通過(guò)read()函數將該數據包返回給usb-char設備節點(diǎn)。

2. USB主機端通信過(guò)程

　　對于運行Linux操作系統的USB 主機，與usb-char相應的USB 主機模塊叫做usbserial。大多數Linux版本中都包含了該模塊，但它并不總能自動(dòng)加載。通常應在主機與USB設備之間的連接建立之前利用 modprobe 或insmod加載該模塊。

　　USB設備查詢(xún)完成之后，主機上的一項應用就會(huì )利用某個(gè)usbserial設備節點(diǎn)(字符型, major 為188, minor 大于等于0)與其通信。這些節點(diǎn)通常叫做/dev/ttyUSBn。Usbserial模塊會(huì )報告它將哪一個(gè)節點(diǎn)分配給了哪一臺USB設備，并將這一信息按如下方式記載在內核消息記錄中： =================================== usbserial.c：檢測到一般轉換器 usbserial.c：將一般轉換器加入ttyUSB0 ==================================

　　這種連接一旦建立，USB 主機上的應用就可以通過(guò)向特定的節點(diǎn)讀或寫(xiě)的方式與某USB設備通信。

　　此時(shí)，筆者并未考慮在運行Win32或其他類(lèi)型操作系統的主機上已有類(lèi)似usbserial的模塊。但用于這些主機上的任何USB驅動(dòng)程序，只要能夠進(jìn)行bulk-in 和 bulk-out數據傳輸，就很可能是一個(gè)近乎完整的驅動(dòng)程序，只需進(jìn)行一定的產(chǎn)品調整，并添加與產(chǎn)品綁定的廠(chǎng)商ID。

　　Linux 主機上還有另一種類(lèi)似usbserial模塊的庫，叫做libusb (參見(jiàn)libusb.sourceforge.net)。該庫通過(guò)低級的內核系統調用而不是通過(guò)usbserial模塊來(lái)完成USB數據傳輸，因而在 Linux kernel版本上更容易設置和使用。同時(shí)，該庫還能提供大量實(shí)用的調試功能，十分利于對USB鏈接上運行的復雜的通信協(xié)議進(jìn)行調試。

　　為了通過(guò)libusb與一個(gè)采用了usb-char模塊的USB設備進(jìn)行通信，Linux主機應用首先通過(guò)庫中的usb_open()函數與設備建立連接，然后利用函數usb_bulk_read()和usb_bulk_write()與設備交換數據。Libusb中含有幾個(gè)程序范例。

利用USB實(shí)現以太網(wǎng)連接

1. USB 設備端通信過(guò)程

　　如果利用USB連接來(lái)實(shí)現高速串口并非您所希望，那么您還可以將所有USB連接用作一個(gè)以太網(wǎng)。不論在主機端還是在設備端，Linux均有模塊能實(shí)現這一功能。iPAQ(掌上電腦)的Linux內核就獨一無(wú)二地采用了這種通信策略，因為iPAQ硬件中既沒(méi)有可訪(fǎng)問(wèn)的串口也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò )接口。

　　StrongARM Linux內核中，有一個(gè)叫做usb-eth的模塊(arch/arm/mach-sa1100/usb-eth.c)，它利用USB作為物理媒介，模擬出一個(gè)虛構的以太網(wǎng)設備。一旦這種網(wǎng)絡(luò )接口創(chuàng )建起來(lái)之后，就可以為它分配IP地址，并且外部環(huán)境均將其作為一個(gè)普通的以太網(wǎng)硬件對待。一旦USB 主機連接建立起來(lái)，usb-eth模塊就允許USB設備“瀏覽”因特網(wǎng)，拼其他的IP地址，甚至通過(guò)DHCP、HTTP、NFS或者遠程網(wǎng)“交談”，以及收發(fā)電子郵件。簡(jiǎn)而言之，任何能夠在真正的以太網(wǎng)接口上運行的應用都可以原封不動(dòng)地在usb-eth 上運行，因為這些應用無(wú)法識別它們所使用的其實(shí)并非真正的以太網(wǎng)硬件。

2. USB 主機端通信過(guò)程

　　相應的，在運行 Linux操作系統的主機一端，可用來(lái)在USB上實(shí)現以太網(wǎng)連接的內核模塊叫做usbnet。安裝了該模塊之后，一旦主機與USB設備的連接建立起來(lái)，它就會(huì )創(chuàng )建一個(gè)虛擬的以太網(wǎng)接口，在主機一端的內核模塊以及用戶(hù)應用看來(lái)，這個(gè)虛擬的接口與真正的以太網(wǎng)接口別無(wú)二致。主機端的應用可以通過(guò)拼一個(gè)USB設備的IP地址來(lái)檢查該設備是否已經(jīng)連上，如果拼操作成功，那么就表示設備已經(jīng)連接成功。

　　最近出現了一種針對Win32主機的usbnet風(fēng)格的驅動(dòng)，叫做Bahia網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)，關(guān)于該驅動(dòng)的詳細信息請訪(fǎng)問(wèn)www.bahia21.com/download.htm。

USB通信的調試

　　遺憾的是，在USB 主機與Linux USB設備之間進(jìn)行通信時(shí)，能夠幫助我們跟蹤通信過(guò)程中出現的問(wèn)題的工具實(shí)在不多。除了libusb所提供的調試功能以外(該功能十分強大，但對于內核的系統調用接口則無(wú)能為力)，在一次失敗的設備查詢(xún)或數據傳輸的嘗試過(guò)程中發(fā)生了什么問(wèn)題？只有內核源代碼和記錄能夠提供一些線(xiàn)索。筆者嘗試在開(kāi)發(fā)過(guò)程中向 USB 主機和設備代碼中大量添加printk()函數調用，但這種方法會(huì )引入額外開(kāi)銷(xiāo)，從而改變USB代碼自身的性能，這在有些情況下反而是事與愿違。

　　對那些希望對 USB設備接口進(jìn)行逆向工程處理，或者希望查找其產(chǎn)品缺陷的Linux開(kāi)發(fā)者而言，一個(gè)叫做USB Snoopy (home.jps.net/~koma)的程序是個(gè)不錯的選擇。只是USB Snoopy僅能在Win32主機上運行。關(guān)于USB Snoopy的詳細信息或關(guān)于常規的USB調試，請參看本文末給出的參考文獻中Jan Axelson撰寫(xiě)的 “USB Debug Tips”。

Linux已成為通用型操作系統

　　如今Linux已不再是USB 主機專(zhuān)用的操作系統了，USB設備也可以方便地選擇它。而且Linux下的USB通信太靈活易用了，因而筆者采用其他易用型串口(RS-232)的日子很可能就此結束，對我而言，這是件好事。

參考文獻:

[1].major datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/major+_2533383.html.

linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）