设计大纲以及流程图
1.设备驱动问题中不同类的继承关系
2.USB驱动程序工作逻辑图
3.数据传输逻辑图
实现
环境：Ubuntu，内核 3.10.1 ，内核配置教程：链接，可将 USBHID卸载并装上自身的 usbmouse 驱动模块进行测试。请在配置内核时取消 HID 支持，因为装上了它就已经实现了对USB输入设备的驱动，无需再安装 usbmouse 模块，如果想要在测试时不发生冲突，请取消 HID 支持。
1.github地址：链接
2.代码
#include<linux/kernel.h> #include<linux/slab.h> #include<linux/usb/input.h> #include<linux/module.h> #include<linux/init.h> #include<linux/hid.h> /* for apple IDs */ #ifdef CONFIG_USB_HID_MODULE #include <../drivers/hid/hid-ids.h> #endif //模块声明与描述 #define DRIVER_VERSION "did by bw98 on kernel v2.6.0" #define DRIVER_AUTHOR "bw98" #define DRIVER_DESC "usb mouse driver" #define DRIVER_LICENSE "GPL" MODULE_DESCRIPTION(DRIVER_DESC); MODULE_AUTHOR(DRIVER_AUTHOR); //许可权限申明 MODULE_LICENSE(DRIVER_LICENSE); //usb鼠标设备 struct usb_mouse { char name[128]; //驱动名 char phys[64]; //设备结点,存储usb设备路径 struct usb_device *usbdev; //继承usb_device,描述其usb属性 struct input_dev *dev; //继承input_dev,描述其输入设备属性 struct urb *irq; //继承urb, 即usb请求块,用于传输数据 signed char *data; //普通传输的缓冲区 dma_addr_t data_dma; //用于dma传输的缓冲区 }; //构造id_table ,用于 usb core 的 match static struct usb_device_id usb_mouse_id_table[] = { //mouse 是标准设备，有对应的宏来填写 { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT, USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) }, { } /* Terminating entry */ }; //这个宏用来让运行在用户空间的程序知道这个驱动程序能够支持的设备， //对于 USB 驱动程序来说，第一个参数必须是 usb MODULE_DEVICE_TABLE (usb, usb_mouse_id_table); //urb结束处理回调函数 //当这个函数被调用时, USB core 就完成了这个urb, 并将它的控制权返回给设备驱动 static void usb_mouse_irq (struct urb* urb) { struct usb_mouse *mouse = urb->context; signed char *buf = mouse->data; struct input_dev *dev = mouse->dev; int status; /* * urb->status 值为 0 表示 urb 成功返回，直接跳出循环把鼠标事件报告给输入子系统 * ECONNRESET 出错信息表示 urb 被 usb_unlink_urb 函数给 unlink 了，ENOENT 出错信息表示 urb 被 * usb_kill_urb 函数给 kill 了。usb_kill_urb 表示彻底结束 urb 的生命周期，而 usb_unlink_urb 则 * 是停止 urb，这个函数不等 urb 完全终止就会返回给回调函数。这在运行中断处理程序时或者等待某自旋锁 * 时非常有用，在这两种情况下是不能睡眠的，而等待一个 urb 完全停止很可能会出现睡眠的情况 * ESHUTDOWN 这种错误表示 USB 主控制器驱动程序发生了严重的错误，或者提交完 urb 的一瞬间设备被拔出 * 遇见除了以上三种错误以外的错误，将申请重传 urb */ switch(urb->status) { case 0 : break; case -ECONNRESET : case -ENOENT : case -ESHUTDOWN : return; default : goto resubmit; } //向输入子系统汇报鼠标事件 input_report_key(dev, BTN_LEFT, buf[0] & 0x01); input_report_key(dev, BTN_RIGHT, buf[0] & 0x02); input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, buf[0] & 0x04); input_report_key(dev, BTN_SIDE, buf[0] & 0x08); input_report_key(dev, BTN_EXTRA, buf[0] & 0x10); input_report_rel(dev, REL_X, buf[1]); input_report_rel(dev, REL_Y, buf[2]); input_report_rel(dev, REL_WHEEL, buf[3]); input_sync(dev); //事件同步 /* 系统需要周期性不断地获取鼠标的事件信息，因此在 urb 回调函数的末尾再次提交 urb 请求块，这样又会 * 调用新的回调函数，周而复始 * 在回调函数中提交 urb 一定只能是 GFP_ATOMIC 优先级的，因为 urb 回调函数运行于中断上下文中，在提 * 交 urb 过程中可能会需要申请内存、保持信号量，这些操作或许会导致 USB core 睡眠，一切导致睡眠的 * 行为都是不允许的 */ resubmit: status = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); if (status) dev_err(&mouse->usbdev->dev, "can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d ", mouse->usbdev->bus->bus_name, mouse->usbdev->devpath, status); } //当应用层打开鼠标设备时，调用 usb_mouse_open 方法 //向USB core 递交 probe中构建的 urb static int usb_mouse_open (struct input_dev *dev) { struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev); mouse->irq->dev = mouse->usbdev; if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL)) return -EIO; return 0; } //当应用层关闭鼠标设备时，调用 usb_mouse_close 方法 //调用 usb_kill_urb 函数,终止 urb 的生命周期 static void usb_mouse_close (struct input_dev *dev) { struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev); usb_kill_urb(mouse->irq); } //当有一个接口可以由 usb_mouse_driver 处理时，调用 probe 方法 //将设备信息保存到接口，并向 USB core 注册设备，构建urb static int usb_mouse_probe (struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id ) { /* usb_device 继承 usb_interface ，通过父类方法 interface_to_usbdev 获得 usb_device 对象 * usb_host_interface 继承 usb_interface , 用于描述接口设置 * usb_endpoint_descriptor 是端点描述符类，继承 usb_host_endpoint，而 usb_host_endpoint * 是 usb_host_interface 的父类 */ /***********第一阶段:定义资源**********/ struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); //获得该接口所在的设备对象dev struct usb_host_interface *interface; struct usb_endpoint_descriptor *endpoint; struct usb_mouse *mouse; struct input_dev *input_dev; int pipe, maxp; int error = -ENOMEM; /*********第二阶段:利用遍历各端点以及接口所在设备的信息,初始化 mouse,input_dev 中的字段*********/ interface = intf->cur_altsetting; //鼠标端点只有一个,设备不满足此条件均报错 if (interface->desc.bNumEndpoints != 1) return -ENODEV; endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //获取端点描述符 //鼠标的唯一端点是中断输入端点 if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint)) return -ENODEV; //产生中断管道，usb_mouse_driver 与端点的虚拟通道 pipe = usb_rcvintpipe (dev, endpoint->bEndpointAddress); //返回该端点能够传输的最大的数据包长度，鼠标返回的最大数据包为4字节 //数据包详细信息在 urb 结束处理回调函数中有描述 maxp = usb_maxpacket (dev, pipe, usb_pipeout(pipe)); //为mouse分配内存 mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL); //创建输入设备 input_dev = input_allocate_device(); if (!mouse || !input_dev) goto fail1; /* 申请内存空间用于数据传输，data 为指向该空间的地址，data_dma 则是这块内存空间的 dma 映射, * 即这块内存空间对应的 dma 地址。在使用 dma 传输的情况下，则使用 data_dma 指向的 dma 区域, * 否则使用 data 指向的普通内存区域进行传输。 * GFP_ATOMIC 表示不等待，GFP_KERNEL 是普通的优先级，可以睡眠等待，由于鼠标使用中断传输方式, * 不允许睡眠状态，data 又是周期性获取鼠标事件的存储区，因此使用 GFP_ATOMIC 优先级，如果不能 * 分配到内存则立即返回 0. */ mouse->data = usb_alloc_coherent(dev, 8, GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma); if (!mouse->data) goto fail1; /* 为 urb 结构体申请内存空间，第一个参数表示等时传输时需要传送包的数量，其它传输方式则为0 * 申请的内存将通过下面即将见到的 usb_fill_int_urb 函数进行填充 */ mouse->irq = usb_alloc_urb (0, GFP_KERNEL); //创建urb if (!mouse->irq) goto fail2; //填充鼠标设备中的usb设备属性与输入设备属性 mouse->usbdev = dev; mouse->dev = input_dev; //设置鼠标设备名称 if (dev->manufacturer) //获取到有效的产商名 strlcpy(mouse->name, dev->manufacturer, sizeof(mouse->name)); if (dev->product) { //获取到有效的产品名 if (dev->manufacturer) strlcat(mouse->name, " ", sizeof(mouse->name)); strlcat(mouse->name, dev->product, sizeof(mouse->name)); } if (!strlen(mouse->name)) { snprintf(mouse->name, sizeof(mouse->name), "USB HID BP Mouse %04x:%04x", le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor), le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct)); } //设置鼠标设备路径 usb_make_path (dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys)); strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys)); //初始化输入设备 input_dev->name = mouse->name; input_dev->phys = mouse->phys; usb_to_input_id(dev, &input_dev->id); input_dev->dev.parent = &intf->dev; input_dev->evbit[0] = BIT(EV_KEY) | BIT(EV_REL); input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] = BIT(BTN_LEFT) | BIT(BTN_RIGHT) | BIT(BTN_MIDDLE); input_dev->relbit[0] = BIT(REL_X) | BIT(REL_Y); input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] |= BIT(BTN_SIDE) | BIT(BTN_EXTRA); input_dev->relbit[0] |= BIT(REL_WHEEL); input_set_drvdata(input_dev, mouse); input_dev->open = usb_mouse_open; //填充输入设备的 open 函数指针 input_dev->close = usb_mouse_close; //填充输入设备的 close 函数指针 /*********第三阶段:构建 urb 、设备信息保存到接口并向内核注册设备************/ /* 填充构建 urb，将刚才填充好的 usb_mouse 结构体的数据填充进 urb 结构体中，在 open 方法中 * 实现向 usb core 递交 urb * 当 urb 包含一个即将传输的 DMA 缓冲区时应该设置 URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP。USB core 使用 * transfer_dma变量所指向的缓冲区，而不是transfer_buffer变量所指向的 * URB_NO_SETUP_DMA_MAP 用于 Setup 包，URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP 用于所有 Data 包 */ usb_fill_int_urb (mouse->irq, dev, pipe, mouse->data, (maxp > 8 ? 8 : maxp), usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval ); mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma; mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; error = input_register_device(mouse->dev); //向内核注册输入设备 if(error) goto fail3; /* 一般在 probe 函数中，都需要将设备相关信息保存在一个 usb_interface 结构体中，以便 * 以后通过 usb_get_intfdata 获取使用 (实现多态，通过接口获取设备) */ usb_set_intfdata(intf, mouse); return 0; fail1: input_free_device(input_dev); kfree(mouse); return error; fail2: usb_free_coherent(dev, 8, mouse->data, mouse->data_dma); fail3: usb_free_urb(mouse->irq); } //当一个USB接口从系统移除时，调用 disconnect 方法 //清空接口数据，清空 urb 数据,注销设备 static void usb_mouse_disconnect (struct usb_interface *intf) { struct usb_mouse *mouse = usb_get_intfdata(intf); usb_set_intfdata(intf, NULL); if (mouse) { //结束 urb 周期 usb_kill_urb(mouse->irq); //释放 urb 存储空间 usb_free_urb(mouse->irq); //从输入子系统中注销设备 input_unregister_device(mouse->dev); // 释放存放鼠标设备 data 存储空间 usb_free_coherent(interface_to_usbdev(intf), 8, mouse->data, mouse->data_dma); //释放 usb_mouse 对象 kfree(mouse); } } //构造usb鼠标驱动并注册到内核 static struct usb_driver usb_mouse_driver = { //驱动名字 .name = "my_usbmouse", //探测方法 .probe = usb_mouse_probe, //断开方法 .disconnect = usb_mouse_disconnect, //描述该USB驱动所支持设备的id列表 .id_table = usb_mouse_id_table, }; //加载驱动, 向 USB core 注册该驱动 //static int __init usb_mouse_init(void) { // int ret = usb_register(&usb_mouse_driver); //注册鼠标驱动 // if (ret == 0) // info(DRIVER_VERSION ":" DRIVER_DESC); // return ret; //} //向 USB core 删除该驱动 //static void __exit usb_mouse_exit(void) { // usb_deregister(&usb_mouse_driver); //} //内核版本高于3.x时使用module_usb_driver向USB core 注册和删除驱动 module_usb_driver(usb_mouse_driver);
参考