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linux下usb转串口驱动分析【转】

2017-11-08 1352
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简介：

转自：http://blog.csdn.net/txxm520/article/details/8934706

首先说一下linux的风格，个人理解

1. linux大小结构体其实是面向对象的方法，（如果把struct 比作类，kmalloc就是类的实例化，结构体里面的函数指针就是方法，还有重构，多态）

2. 在linux里面，设备是对象，驱动也是对象，并且这两个是分开的

 

现在我们来看驱动的总体架构

并不用太在意这个图，对用户来说usb_serial设备就是普通的串口设备

我们可以看驱动里面几个主要的源代码文件

usb-serial.c  模块的主要实现

bus.c  usb_serial总线驱动，驱动和设备都要注册到这条总线上

generic.c 通用的用户驱动，用户如果写自己的驱动只需拿自己的实现代替generic.c的函数，一般这个驱动已经能适应大部分设备了

 

现在我们来看usb_serial模块的初始化过程

[cpp]  view plain copy
 
  1. static int __init usb_serial_init(void)  
  2. {  
  3.     int i;  
  4.     int result;  
  5.   
  6.     usb_serial_tty_driver = alloc_tty_driver(SERIAL_TTY_MINORS);  
  7.     if (!usb_serial_tty_driver)  
  8.         return -ENOMEM;  
  9.   
  10.     /* Initialize our global data */  
  11.     for (i = 0; i < SERIAL_TTY_MINORS; ++i)  
  12.         serial_table[i] = NULL;  
  13.   
  14.     result = bus_register(&usb_serial_bus_type);  
  15.     if (result) {  
  16.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering bus driver "  
  17.                "failed\n", __func__);  
  18.         goto exit_bus;  
  19.     }  
  20.   
  21.     usb_serial_tty_driver->owner = THIS_MODULE;  
  22.     usb_serial_tty_driver->driver_name = "usbserial";  
  23.     usb_serial_tty_driver->name =    "ttyUSB";  
  24.     usb_serial_tty_driver->major = SERIAL_TTY_MAJOR;  
  25.     usb_serial_tty_driver->minor_start = 0;  
  26.     usb_serial_tty_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;  
  27.     usb_serial_tty_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;  
  28.     usb_serial_tty_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW |  
  29.                         TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;  
  30.     usb_serial_tty_driver->init_termios = tty_std_termios;  
  31.     usb_serial_tty_driver->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD  
  32.                             | HUPCL | CLOCAL;  
  33.     usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ispeed = 9600;  
  34.     usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ospeed = 9600;  
  35.     tty_set_operations(usb_serial_tty_driver, &serial_ops);  
  36.     result = tty_register_driver(usb_serial_tty_driver);  
  37.     if (result) {  
  38.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - tty_register_driver failed\n",  
  39.                __func__);  
  40.         goto exit_reg_driver;  
  41.     }  
  42.   
  43.     /* register the USB driver */  
  44.     result = usb_register(&usb_serial_driver);  
  45.     if (result < 0) {  
  46.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - usb_register failed\n",  
  47.                __func__);  
  48.         goto exit_tty;  
  49.     }  
  50.   
  51.     /* register the generic driver, if we should */  
  52.     result = usb_serial_generic_register(debug);  
  53.     if (result < 0) {  
  54.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering generic "  
  55.                "driver failed\n", __func__);  
  56.         goto exit_generic;  
  57.     }  
  58.   
  59.     printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_DESC "\n");  
  60.   
  61.     return result;  
  62.   
  63. exit_generic:  
  64.     usb_deregister(&usb_serial_driver);  
  65.   
  66. exit_tty:  
  67.     tty_unregister_driver(usb_serial_tty_driver);  
  68.   
  69. exit_reg_driver:  
  70.     bus_unregister(&usb_serial_bus_type);  
  71.   
  72. exit_bus:  
  73.     printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - returning with error %d\n",  
  74.            __func__, result);  
  75.     put_tty_driver(usb_serial_tty_driver);  
  76.     return result;  
  77. }  
[cpp]  view plain copy
 
  1. static int __init usb_serial_init(void)  
  2. {  
  3.     int i;  
  4.     int result;  
  5.   
  6.     usb_serial_tty_driver = alloc_tty_driver(SERIAL_TTY_MINORS);  
  7.     if (!usb_serial_tty_driver)  
  8.         return -ENOMEM;  
  9.   
  10.     /* Initialize our global data */  
  11.     for (i = 0; i < SERIAL_TTY_MINORS; ++i)  
  12.         serial_table[i] = NULL;  
  13.   
  14.     result = bus_register(&usb_serial_bus_type);  
  15.     if (result) {  
  16.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering bus driver "  
  17.                "failed\n", __func__);  
  18.         goto exit_bus;  
  19.     }  
  20.   
  21.     usb_serial_tty_driver->owner = THIS_MODULE;  
  22.     usb_serial_tty_driver->driver_name = "usbserial";  
  23.     usb_serial_tty_driver->name =    "ttyUSB";  
  24.     usb_serial_tty_driver->major = SERIAL_TTY_MAJOR;  
  25.     usb_serial_tty_driver->minor_start = 0;  
  26.     usb_serial_tty_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;  
  27.     usb_serial_tty_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;  
  28.     usb_serial_tty_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW |  
  29.                         TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;  
  30.     usb_serial_tty_driver->init_termios = tty_std_termios;  
  31.     usb_serial_tty_driver->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD  
  32.                             | HUPCL | CLOCAL;  
  33.     usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ispeed = 9600;  
  34.     usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ospeed = 9600;  
  35.     tty_set_operations(usb_serial_tty_driver, &serial_ops);  
  36.     result = tty_register_driver(usb_serial_tty_driver);  
  37.     if (result) {  
  38.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - tty_register_driver failed\n",  
  39.                __func__);  
  40.         goto exit_reg_driver;  
  41.     }  
  42.   
  43.     /* register the USB driver */  
  44.     result = usb_register(&usb_serial_driver);  
  45.     if (result < 0) {  
  46.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - usb_register failed\n",  
  47.                __func__);  
  48.         goto exit_tty;  
  49.     }  
  50.   
  51.     /* register the generic driver, if we should */  
  52.     result = usb_serial_generic_register(debug);  
  53.     if (result < 0) {  
  54.         printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering generic "  
  55.                "driver failed\n", __func__);  
  56.         goto exit_generic;  
  57.     }  
  58.   
  59.     printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_DESC "\n");  
  60.   
  61.     return result;  
  62.   
  63. exit_generic:  
  64.     usb_deregister(&usb_serial_driver);  
  65.   
  66. exit_tty:  
  67.     tty_unregister_driver(usb_serial_tty_driver);  
  68.   
  69. exit_reg_driver:  
  70.     bus_unregister(&usb_serial_bus_type);  
  71.   
  72. exit_bus:  
  73.     printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - returning with error %d\n",  
  74.            __func__, result);  
  75.     put_tty_driver(usb_serial_tty_driver);  
  76.     return result;  
  77. }  

很简单

第一步 将usb_seria的TTY驱动注册进TTY驱动列表里面，以后调用open,write,read首先会调用tty驱动里面的函数，然后函数指针会指到用户自己定义的驱动里面，这应该是多态的一种应用吧，个人理解求指正

第二步 将usb_seria驱动注册进usb_core里面的驱动列表

 

只有usb_serial模块驱动，设备还不能正常工作，linux很好的把它分成了

分层一： usb_serial驱动，设备的大部分实现都在此

分层二： 用户驱动，不需要知道太多的细节，实现几个回调函数就能实现整个驱动功能。

generic.c 就是个通用的用户驱动模型，并且大部分设备都能兼容。

下面generic.c的模块初始化函数

[cpp]  view plain copy
 
  1. int usb_serial_generic_register(int _debug)  
  2. {  
  3.     int retval = 0;  
  4.   
  5.     debug = _debug;  
  6. #ifdef CONFIG_USB_SERIAL_GENERIC   
  7.     generic_device_ids[0].idVendor = vendor;  
  8.     generic_device_ids[0].idProduct = product;  
  9.     generic_device_ids[0].match_flags =  
  10.         USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR | USB_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT;  
  11.   
  12.     /* register our generic driver with ourselves */  
  13.     retval = usb_serial_register(&usb_serial_generic_device);  
  14.     if (retval)  
  15.         goto exit;  
  16.     retval = usb_register(&generic_driver);  
  17.     if (retval)  
  18.         usb_serial_deregister(&usb_serial_generic_device);  
  19. exit:  
  20. #endif   
  21.     return retval;  
  22. }  
[cpp]  view plain copy
 
  1. int usb_serial_generic_register(int _debug)  
  2. {  
  3.     int retval = 0;  
  4.   
  5.     debug = _debug;  
  6. #ifdef CONFIG_USB_SERIAL_GENERIC  
  7.     generic_device_ids[0].idVendor = vendor;  
  8.     generic_device_ids[0].idProduct = product;  
  9.     generic_device_ids[0].match_flags =  
  10.         USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR | USB_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT;  
  11.   
  12.     /* register our generic driver with ourselves */  
  13.     retval = usb_serial_register(&usb_serial_generic_device);  
  14.     if (retval)  
  15.         goto exit;  
  16.     retval = usb_register(&generic_driver);  
  17.     if (retval)  
  18.         usb_serial_deregister(&usb_serial_generic_device);  
  19. exit:  
  20. #endif  
  21.     return retval;  
  22. }  


第一步 首先确定自己的特征码，这里通过vendor 和 product表明自己是哪种设备的驱动

第二步 将用户驱动注册进usb_serial_bus总线,linux很喜欢这么搞……，通过总线来管理一类设备

第三步 将usb驱动注册进usb_core的驱动列表

有人会问，为什么usb会自动发现对应的驱动，这其实是个匹配的过程,linux里面叫probe

前面第一步是确定了驱动的匹配值，第二步和第三步都把驱动的匹配值注册进去

事实上前面第三步代码retval = usb_register(&generic_driver);就是为了把generic驱动注册进usb的驱动列表，当有设备插入时，会轮询到它，然后会调用此驱动的probe，就是下面的函数

[cpp]  view plain copy
 
  1. static int generic_probe(struct usb_interface *interface,  
  2.                    const struct usb_device_id *id)  
  3. {  
  4.     const struct usb_device_id *id_pattern;  
  5.   
  6.     id_pattern = usb_match_id(interface, generic_device_ids);  
  7.     if (id_pattern != NULL)  
  8.         return usb_serial_probe(interface, id);  
  9.     return -ENODEV;  
  10. }  
[cpp]  view plain copy
 
  1. static int generic_probe(struct usb_interface *interface,  
  2.                    const struct usb_device_id *id)  
  3. {  
  4.     const struct usb_device_id *id_pattern;  
  5.   
  6.     id_pattern = usb_match_id(interface, generic_device_ids);  
  7.     if (id_pattern != NULL)  
  8.         return usb_serial_probe(interface, id);  
  9.     return -ENODEV;  
  10. }  

最主要的还是调用usb_serial_probe(interface, id)函数

现在我们来看usb_serial_probe()的匹配过程
 

 

通过probe我们最终将/dev/ttySn设备和usb_serial_port对象绑定起来，我们对/dev/ttySn设备进行操作，对应tty驱动里面的

[cpp]  view plain copy
 
  1. static const struct tty_operations serial_ops = {  
  2.     .open =         serial_open,  
  3.     .close =        serial_close,  
  4.     .write =        serial_write,  
  5.     .hangup =       serial_hangup,  
  6.     .write_room =       serial_write_room,  
  7.     .ioctl =        serial_ioctl,  
  8.     .set_termios =      serial_set_termios,  
  9.     .throttle =     serial_throttle,  
  10.     .unthrottle =       serial_unthrottle,  
  11.     .break_ctl =        serial_break,  
  12.     .chars_in_buffer =  serial_chars_in_buffer,  
  13.     .tiocmget =     serial_tiocmget,  
  14.     .tiocmset =     serial_tiocmset,  
  15.     .cleanup =      serial_cleanup,  
  16.     .install =      serial_install,  
  17.     .proc_fops =        &serial_proc_fops,  
  18. };  
[cpp]  view plain copy
 
  1. static const struct tty_operations serial_ops = {  
  2.     .open =         serial_open,  
  3.     .close =        serial_close,  
  4.     .write =        serial_write,  
  5.     .hangup =       serial_hangup,  
  6.     .write_room =       serial_write_room,  
  7.     .ioctl =        serial_ioctl,  
  8.     .set_termios =      serial_set_termios,  
  9.     .throttle =     serial_throttle,  
  10.     .unthrottle =       serial_unthrottle,  
  11.     .break_ctl =        serial_break,  
  12.     .chars_in_buffer =  serial_chars_in_buffer,  
  13.     .tiocmget =     serial_tiocmget,  
  14.     .tiocmset =     serial_tiocmset,  
  15.     .cleanup =      serial_cleanup,  
  16.     .install =      serial_install,  
  17.     .proc_fops =        &serial_proc_fops,  
  18. };  

比如我们对/dev/ttySn进行写操作，write->serial_write

[cpp]  view plain copy
 
  1. static int serial_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buf,  
  2.                                 int count)  
  3. {  
  4.     struct usb_serial_port *port = tty->driver_data;  
  5.     int retval = -ENODEV;  
  6.   
  7.     if (port->serial->dev->state == USB_STATE_NOTATTACHED)  
  8.         goto exit;  
  9.   
  10.     dbg("%s - port %d, %d byte(s)", __func__, port->number, count);  
  11.   
  12.     /* pass on to the driver specific version of this function */  
  13.     retval = port->serial->type->write(tty, port, buf, count);  
  14.   
  15. exit:  
  16.     return retval;  
  17. }  
[cpp]  view plain copy
 
  1. static int serial_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buf,  
  2.                                 int count)  
  3. {  
  4.     struct usb_serial_port *port = tty->driver_data;  
  5.     int retval = -ENODEV;  
  6.   
  7.     if (port->serial->dev->state == USB_STATE_NOTATTACHED)  
  8.         goto exit;  
  9.   
  10.     dbg("%s - port %d, %d byte(s)", __func__, port->number, count);  
  11.   
  12.     /* pass on to the driver specific version of this function */  
  13.     retval = port->serial->type->write(tty, port, buf, count);  
  14.   
  15. exit:  
  16.     return retval;  
  17. }  


 

struct usb_serial_port *port = tty->driver_data;找到了这个tty对象所对应的port对象，

port对象里面有驱动信息，urb的缓冲区信息，最终调用的是我们写的用户驱动里面的write方法。

用户驱动通过信使URB将想要发送的数据发送出去。

 

总结：

通过分析usb 串口驱动可以推测出其他usb设备大致的工作方式，下一步将分析usb网卡的驱动。

linux复杂的代码结构其实是有面向对象的思想














本文转自张昺华-sky博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/4942385.html，如需转载请自行联系原作者

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