1. 学习目标

  1. 理解 USB 总线工作原理

理解 USB 通信结构：

Host
Device
Hub
Endpoint
  • 理解 Linux USB 子系统架构

理解 USB 驱动结构：

User Space
    │
    ▼
USB Core
    │
    ▼
USB Driver
    │
    ▼
USB Device
  • 理解 USB 核心结构

掌握核心对象：

usb_device
usb_interface
usb_driver
  • 理解 USB 枚举流程

理解 Linux 如何识别 USB 设备：

Device Plug
Device Enumeration
Driver Match
Probe
  • 能编写简单 USB 驱动

掌握API：

usb_register
usb_alloc_urb
usb_submit_urb

2. USB 总线简介

USB 是一种：

主从结构通信总线

系统结构：

USB Host
   │
   ▼
USB Hub
   │
   ▼
USB Device

例如：

键盘
鼠标
U盘
摄像头
WiFi

3. USB 通信结构

USB 通信通过：

Endpoint

进行。

设备结构：

Device
   │
   ▼
Configuration
   │
   ▼
Interface
   │
   ▼
Endpoint

Endpoint 类型

USB Endpoint 类型

Control
Bulk
Interrupt
Isochronous

用途：

Control     控制传输
Bulk        大数据传输
Interrupt   小数据快速传输
Isochronous 实时数据

4. Linux USB 子系统架构

Linux USB 子系统结构：

User Space
    │
    ▼
USB Core
    │
    ▼
USB Driver
    │
    ▼
USB Host Controller
    │
    ▼
USB Device

例如：

xhci
ehci
uhci

5. USB 核心结构

USB 驱动核心对象：

usb_device
usb_interface
usb_driver

6. usb_device

usb_deive 表示：

USB 设备

结构：

struct usb_device
{
    struct device dev;
};

表示：

USB 硬件设备

7. usb_interface

USB 设备可以有多个：

Interface

例如：

USB 摄像头
   ├─ 视频接口
   └─ 控制接口

结构：

struct usb_interface
{
    struct usb_host_interface *altsetting;
};

8. usb_driver

usb_driver 表示：

USB 设备驱动

结构：

struct usb_driver
{
    const char *name;

    int (*probe)(struct usb_interface *,
                 const struct usb_device_id *);

    void (*disconnect)(struct usb_interface *);
};

核心函数：

probe
discoonnect

9. USB 驱动匹配机制

USB 驱动通过：

VID
PID

匹配设备。

例如：

Vendor ID
product ID

驱动定义：

static const struct usb_device_id id_table[] =
{
    { USB_DEVICE(0x1234,0x5678) },
    { }
};

10. USB 驱动注册流程

USB 驱动基本流程：

定义 usb_driver
      │
usb_register
      │
USB Core
      │
设备匹配
      │
probe()

流程图：

USB Device Plug
      │
      ▼
USB Core
      │
      ▼
Match Driver
      │
      ▼
Probe

11. USB 数据传输

USB 数据传输使用：

URB

URB 表示：

USB Request Block

结构：

struct urb
{
    struct usb_device *dev;
    void *transfer_buffer;
};

URB 传输流程

Driver
   │
   ▼
usb_alloc_urb
   │
   ▼
usb_submit_urb
   │
   ▼
USB Controller

12. USB 驱动示例

简单 USB 驱动：

static int my_probe(struct usb_interface *interface,
                    const struct usb_device_id *id)
{
    printk("USB device connected\n");
    return 0;
}

static void my_disconnect(struct usb_interface *interface)
{
    printk("USB device disconnected\n");
}

static struct usb_driver my_driver =
{
    .name = "my_usb",
    .probe = my_probe,
    .disconnect = my_disconnect,
    .id_table = id_table,
};

注册：

usb_register(&my_driver);

13. 用户空间查看 USB

查看 USB 设备

lsusb

查看 USB 拓扑：

lsusb -t

查看内核信息：

dmesg

14. USB 设备节点

USB 设备通常通过：

udev

创建设备节点。

例如：

/dev/ttyUSB0
/dev/video0
/dev/hidraw0

15. USB 子系统结构总结

Linux USB 子系统结构：

User Space
   │
   ▼
USB Core
   │
   ▼
USB Driver
   │
   ▼
USB Host Controller
   │
   ▼
USB Device

核心结构：

usb_device
usb_interface
usb_driver

16. 驱动常见问题

USB 设备无法识别

原因：

VID/PID 不匹配

probe 未调用

原因：

id_table 未配置

数据传输失败

原因：

Endpoint 类型错误

17. 总结

Linux USB 子系统核心结构：

usb_device
usb_interface
usb_driver

关系：

USB Core
     │
     ▼
USB Driver
     │
     ▼
USB Device

最重要原则：

USB 驱动 = USB Core + USB Device

18. Q&A

18.1 基础理解

  1. USB 为什么采用 Host/Device 架构？

  2. Endpoint 的作用是什么？

18.2 Linux 架构

  1. usb_interface 表示什么？

  2. usb_driver 的 probe 为什么会被调用？

18.3 驱动流程

  1. URB 的作用是什么？

  2. usb_submit_urb 做了什么？