聯想軟件設計中心嵌入式研發處系統設計工程師
2003年7月
USB骨架程序（usb-skeleton），是USB驅動程序的基礎，通過對它源碼的學習和理解，可以使我們迅速地了解USB驅動架構，迅速地開發我們自己的USB硬件的驅動。
前言
在上篇《Linux下的硬件驅動--USB設備（上）（驅動配制部分）》中，我們知道了在Linux下如何去使用一些最常見的USB設備。但對於做系統設計的程序員來說，這是遠遠不夠的，我們還需要具有驅動程序的閱讀、修改和開發能力。在此下篇中，就是要通過簡單的USB驅動的例子，隨您一起進入USB驅動開發的世界。
USB驅動開發
在掌握了USB設備的配置後，對於程序員，我們就可以嘗試進行一些簡單的USB驅動的修改和開發了。這一段落，我們會講解一個最基礎USB框架的基礎上，做兩個小的USB驅動的例子。
USB骨架
在Linux kernel源碼目錄中driver/usb/usb-skeleton.c為我們提供了一個最基礎的USB驅動程序。我們稱為USB骨架。通過它我們僅需要修改極少的部分，就可以完成一個USB設備的驅動。我們的USB驅動開發也是從她開始的。
那些linux下不支持的USB設備幾乎都是生產廠商特定的產品。如果生產廠商在他們的產品中使用自己定義的協議，他們就需要為此設備創建特定的驅動程序。當然我們知道，有些生產廠商公開他們的USB協議，並幫助Linux驅動程序的開發，然而有些生產廠商卻根本不公開他們的USB協議。因為每一個不同的協議都會產生一個新的驅動程序，所以就有了這個通用的USB驅動骨架程序， 它是以pci 骨架為模板的。
如果你准備寫一個linux驅動程序，首先要熟悉USB協議規范。USB主頁上有它的幫助。一些比較典型的驅動可以在上面發現，同時還介紹了USB urbs的概念，而這個是usb驅動程序中最基本的。
Linux USB 驅動程序需要做的第一件事情就是在Linux USB 子系統裡注冊，並提供一些相關信息，例如這個驅動程序支持那種設備，當被支持的設備從系統插入或拔出時，會有哪些動作。所有這些信息都傳送到USB 子系統中，在usb骨架驅動程序中是這樣來表示的：
static strUCt usb_driver skel_driver = {
name: "skeleton",
probe: skel_probe,
disconnect: skel_disconnect,
fops: &skel_fops,
minor: USB_SKEL_MINOR_BASE,
id_table: skel_table,
};
變量name是一個字符串，它對驅動程序進行描述。probe 和disconnect 是函數指針，當設備與在id_table 中變量信息匹配時，此函數被調用。
fops和minor變量是可選的。大多usb驅動程序鉤住另外一個驅動系統，例如SCSI，網絡或者tty子系統。這些驅動程序在其他驅動系統中注冊，同時任何用戶空間的交互操作通過那些接口提供，比如我們把SCSI設備驅動作為我們USB驅動所鉤住的另外一個驅動系統，那麼我們此USB設備的read、write等操作，就相應按SCSI設備的read、write函數進行訪問。但是對於掃描儀等驅動程序來說，並沒有一個匹配的驅動系統可以使用，那我們就要自己處理與用戶空間的read、write等交互函數。Usb子系統提供一種方法去注冊一個次設備號和file_operations函數指針，這樣就可以與用戶空間實現方便地交互。
USB骨架程序的關鍵幾點如下：
USB驅動的注冊和注銷
Usb驅動程序在注冊時會發送一個命令給usb_register，通常在驅動程序的初始化函數裡。
當要從系統卸載驅動程序時，需要注銷usb子系統。即需要usb_unregister 函數處理：
static void __exit usb_skel_exit(void)
{
/* deregister this driver with the USB subsystem */
usb_deregister(&skel_driver);
}
module_exit(usb_skel_exit);
當usb設備插入時，為了使linux-hotplug（Linux中PCI、USB等設備熱插拔支持）系統自動裝載驅動程序，你需要創建一個MODULE_DEVICE_TABLE。代碼如下（這個模塊僅支持某一特定設備）：
/* table of devices that work with this driver */
static struct usb_device_id skel_table [] = {
{ USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID,
USB_SKEL_PRODUCT_ID) },
{ } /* Terminating entry */
};
MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);
USB_DEVICE宏利用廠商ID和產品ID為我們提供了一個設備的唯一標識。當系統插入一個ID匹配的USB設備到USB總線時，驅動會在USB core中注冊。驅動程序中probe 函數也就會被調用。usb_device 結構指針、接口號和接口ID都會被傳遞到函數中。
static void * skel_probe(struct usb_device *dev,
unsigned int ifnum, const struct usb_device_id *id)
驅動程序需要確認插入的設備是否可以被接受，如果不接受，或者在初始化的過程中發生任何錯誤，probe函數返回一個NULL值。否則返回一個含有設備驅動程序狀態的指針。通過這個指針，就可以訪問所有結構中的回調函數。
在骨架驅動程序裡，最後一點是我們要注冊devfs。我們創建一個緩沖用來保存那些被發送給usb設備的數據和那些從設備上接受的數據，同時USB urb 被初始化，並且我們在devfs子系統中注冊設備，允許devfs用戶訪問我們的設備。注冊過程如下：
/* initialize the devfs node for this device
and register it */
sprintf(name, "skel%d", skel->minor);
skel->devfs = devfs_register
(usb_devfs_handle, name,
DEVFS_FL_DEFAULT, USB_MAJOR,
USB_SKEL_MINOR_BASE + skel->minor,
S_IFCHR S_IRUSR S_IWUSR
S_IRGRP S_IWGRP S_IROTH,
&skel_fops, NULL);
如果devfs_register函數失敗，不用擔心，devfs子系統會將此情況報告給用戶。
當然最後，如果設備從usb總線拔掉，設備指針會調用disconnect 函數。驅動程序就需要清除那些被分配了的所有私有數據、關閉urbs，並且從devfs上注銷調自己。
/* remove our devfs node */
devfs_unregister(skel->devfs);
現在，skeleton驅動就已經和設備綁定上了，任何用戶態程序要操作此設備都可以通過file_operations結構所定義的函數進行了。首先，我們要open此設備。在open函數中MODULE_INC_USE_COUNT 宏是一個關鍵，它的作用是起到一個計數的作用，有一個用戶態程序打開一個設備，計數器就加一，例如，我們以模塊方式加入一個驅動，若計數器不為零，就說明仍然有用戶程序在使用此驅動，這時候，你就不能通過rmmod命令卸載驅動模塊了。
/* increment our usage count for the module */
MOD_INC_USE_COUNT;
++skel->open_count;
/* save our object in the file's private structure */
file->private_data = skel;
當open完設備後，read、write函數就可以收、發數據了。
skel的write、和read函數
他們是完成驅動對讀寫等操作的響應。
在skel_write中，一個FILL_BULK_URB函數，就完成了urb 系統callbak和我們自己的skel_write_bulk_callback之間的聯系。注意skel_write_bulk_callback是中斷方式，所以要注意時間不能太久，本程序中它就只是報告一些urb的狀態等。
read 函數與write 函數稍有不同在於：程序並沒有用urb 將數據從設備傳送到驅動程序，而是我們用usb_bulk_msg 函數代替，這個函數能夠不需要創建urbs 和操作urb函數的情況下，來發送數據給設備，或者從設備來接收數據。我們調用usb_bulk_msg函數並傳提一個存儲空間，用來緩沖和放置驅動收到的數據，若沒有收到數據，就失敗並返回一個錯誤信息。
usb_bulk_msg函數
當對usb設備進行一次讀或者寫時，usb_bulk_msg 函數是非常有用的; 然而, 當你需要連續地對設備進行讀/寫時，建議你建立一個自己的urbs，同時將urbs 提交給usb子系統。
skel_disconnect函數
當我們釋放設備文件句柄時，這個函數會被調用。MOD_DEC_USE_COUNT宏會被用到（和MOD_INC_USE_COUNT剛好對應，它減少一個計數器），首先確認當前是否有其它的程序正在訪問這個設備，如果是最後一個用戶在使用，我們可以關閉任何正在發生的寫，操作如下：
/* decrement our usage count for the device */
--skel->open_count;
if (skel->open_count <= 0) {
/* shutdown any bulk writes that might be
going on */
usb_unlink_urb (skel->write_urb);
skel->open_count = 0;
}
/* decrement our usage count for the module */
MOD_DEC_USE_COUNT;
最困難的是，usb 設備可以在任何時間點從系統中取走，即使程序目前正在訪問它。usb驅動程序必須要能夠很好地處理解決此問題，它需要能夠切斷任何當前的讀寫，同時通知用戶空間程序：usb設