第 13 章 USB 驱动

第 13 章 USB 驱动

通用串行总线(USB)是一个在主机和许多外设之间的连接. 最初它被创建来替代许多慢速和不同的总线-并口, 串口, 和键盘连接--有一个单个的所有设备都可以连接的总线类型.[45] USB 已经成长超出了这些慢速连接并且现在支持几乎每种可以连接到 PC 的设备. USB 规范的最新版本增加了高速连接, 理论上到 480 MBps.

拓扑结构上, 一个 USB 子系统没有如同一个总线一样分布; 它更多是一个树, 有几个点对点连接. 这些连接是 4-线 电缆(地, 电源, 和 2 个信号线)来连接一个设备和一个集线器, 如同双绞线以太网. USB 主控制器负责询问每个 USB 设备是否它有数据发送. 由于这个拓扑关系, 一个 USB 设备在没有首先被主控制器询问时从不启动发送数据. 这个配置允许一个非常容易即插即用的系统, 这样各种设备可自动被主机配置.

在技术层面这个总线是非常简单的, 因为它是一个单主实现, 其中主机查询各种外设. 除了这个固有的限制, 这个总线有一些有趣的特性, 例如一个设备能够请求一个固定的数据传送带宽, 为了可靠地支持视频和音频 I/O. 另一个重要的特性是它只作为设备和主机之间的一个通讯通道, 对它传递的数据没有特殊的含义和结构要求.

实际上, 有一些结构, 但是它大部分精简为适应一个预先定义的类别: 例如, 一个键盘不会分配带宽, 而一些视频摄像头会.

USB 协议规范定义了一套标准, 任何特定类型的设备都可以遵循. 如果一个设备遵循这个标准, 那么给那个设备的一个特殊的驱动就不必了. 这些不同的类型称为类, 并且包含如同存储设备, 键盘, 鼠标, 游戏杆, 网络设备, 和猫. 其他不适合这些类的设备需要一个特殊的供应商-特定的驱动给这些特别的设备. 视频设备和 USB-到-串口 设备是一个好的例子, 这里没有定义好的标准, 并且需要一个驱动给每个来自不同制造商的不同的设备.

这些特性, 连同固有的设计上的热插拔能力, 使 USB 称为一个方便的, 低成本的机制来连接(和去连接)多个设备到计算机, 而不必关机, 开盒子, 并且旋开螺钉和电线.

Linux 内核支持 2 类 USB 驱动: 位于主机系统的驱动和位于设备的驱动. 给主机系统的 USB 驱动控制插入其中的 USB 设备, 从主机的观点看(一个通常的 USB 主机是一个桌面计算机). 在设备中的 USB 驱动, 控制单个设备如何作为一个 USB 设备看待主机系统. 由于术语" USB 设备驱动"是非常迷惑, USB 开发者已经创建了术语" USB 器件驱动"来描述控制一个连接到计算机的 USB 设备的驱动(记住 Linux 也运行在这些小的嵌入式的设备中). 本章详述了运行在一台桌面计算机上的 USB 系统如何工作的. USB 器件驱动此时超出了本书的范围.

如同图USB 驱动概览所示, USB 驱动位于不同的内核子系统(块, 网络, 字符, 等等)和硬件控制器之间. USB 核心提供了一个接口给 USB 驱动用来存取和控制 USB 硬件, 而不必担心出现在系统中的不同的 USB 硬件控制器.

图 13.1. USB 驱动概览