Linux-USB-gadget设备驱动

1、Linux usb gadget 驱动利用Linux USB gadget设备驱动可以实现一些比较有意思的功能，举两个例子：1、一个 嵌入式产品中的某个存储设备，或是一个存储设备的某个分区，可以作为一个U盘被PC： 设别，从而非常方便的完成文件交互，这个功能被广泛的应用于手机、数码相机等产品 中。2、一个嵌入式设备通过USB连接到你的PC后，在你的PC端会岀现一个新的网络连 接，在嵌入式设备上也会有一个网卡设备，你可以配豊它们的IP地址，并进行网络通讯， 俗称 USBNETo所有USB通讯的设备端都有usb device程序，通常称它们为usb固件。在一些功能简单的 设备里，用一些专用的可编程

2、USB控制器就可以了。而在一些运行了类似linux操作系统 的复杂的嵌入式系统中，要完成usb device程序，就会要求你不仅熟悉usb device控制 器的操作，还要熟悉操作系统的驱动架构。我想通过“功能体验”、“驱动调试”、“gadget驱动结构分析”、“编写一个自己的g adget驱动”这4个方而解析linux usb gadget设备驱动的编写方法。linux模拟U盘功能的实现在硬件环境为华淸远见的fs2410平台，软件环境为linux-2. 6. 26的linux系统上，实现 模拟U盘的功能。向内核添加代码include #include include 修改 arch/arm/

3、mach-s3c2410/mach-smdk2410. c/*USB device _E拉电阻处理*/static void smdk2410_udc_pullup(enum s3c2410_udc_cmd_e cmd)u8 *s3c2410_pullup_info = put HIGH9 output LOWstatic structPull-up enable7,/zPull-up disable7,UDC reset, in case of;printk (z，smdk2410_udc:玄sn, s3c2410_pullup_infocmd);s3c2410_gpio_cfgpin(S3

4、C2410_GPG9, S3C2410_GPG9_0UTP);switch (cmd)case S3C2410_UDC_P_ENABLE :s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPG9, 1); /set gpg9 outbreak;case S3C2410_UDC_P_DISABLE : s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPG9, 0); /set gpgbreak;case S3C2410_l；DC_P_RESET :/FIXME!break;default:break; udjcommand=smdk2 410_udc_pu 11 up,；s3

5、c2410_udc_mach_info smdk2410_udc_cfg _initdata = static void start_transfer(struct fsg_dev *fsg, struct usb_ep *ep,&s3c_device_usbgadget,/*USB gadget device 设备登记*/;static void _init sdmk2410_init(void)u32 upll_value;set_s3c2410fb_info(&smdk2410_lcdcfg); s3c24xx_udc_set_platdata(&smdk2410_udc_cfg); /

6、* 初始化*/ s3c_device_sdi dev platfo:rin_data = &smdk2410_mmc_cfg; /* Turn off suspend on both USB ports, and switch the * selectable USB port to USB device mode */s3c2410.modify_misccr(S3C2410_MISCCR-USBH0STS3C2410_MISCCR_USBSUSPND0S3C241OJIISCCR.USBSUSPNDl, 0x0); /*设置USB时钟*/upll_value =(0x78 S3C2410_

7、PLLC0N_MDIVSHIFT)I (0x02 S3C2410_PLLC0N_PDIVSHIFT)I (0x03 S3C2410_PLLC0N_SDIVSHIFT);wh订e (upll.value != readl(S3C2410.UPLLC0N) writeKupll.value, S3C2410.UPLLC0N); udelay(20);修改 drivers/usb/gadget/struct usb_request *req, int *pbusy, enum fsg_buffer_state *state)intrc;udelay(800);配宜内核支持盘模拟*USB Gadget

8、 Support USB Peripheral Controller (S3C2410 USB Device Controlle r) S3C2410 USB Device Controller*S3C2410 udc debug messages USB Gadget DriversStorage Gadget3、编译内核 #make zImage#make modules在目录 drivers/usb/gadget 卜生成 g_加载驱动，测试功能利用前而的生成的内核，启动系统后，加载g_ttinsmod g_# insmod g_ stall二0 removable=l0. 03 USB:

9、 usb_gadget_register_driver 0 *USB Gadget DriversEthernet Gadget (with CDC Ethernet support)*RNDIS support0. 04 USB: binding gadget driver g_0. 05 USB: s3c2410_set_selfpowered0g_ gadget: Storage Gadget, version： 20 October 2004g_ gadget: Number of LUNs=lg_ gadget-lunO: ro=0t file： /dev/mtdblock30. 0

10、6 USB: udc_enable calledsmdk2410_udc： Pull-up enable连接设备到windows, windows系统会自动设备到一个新的l盘加入“格式化U盘，存入文 件。卸载U盘后，在目标板上执行如下操作：# mkdir /mnt/gadget# mount -t vfat /dev/mtdblock2 /mnt/gadget/#ls可以看到windows存入U盘的文件。二、usbnet功能的实现 配置内核支持usbnet* USB Gadget Support USB Peripheral Controller (S3C2410 USB Device Con

11、troller) S3C2410 USB Device ControllerS3C2410 udc debug messages2、编译内核#make zImage#make modules在目录 drivers/usb/gadget 卜生成 g_ether ko3、加载驱动，测试功能利用前而的生成的内核，启动系统后，加载g_ether. ko#insmod g_ether ko#ifconfig usbO 192. 168.1.120usbO Link encap：Ethernet HWaddr 5E:C5:F6:D4:2B:91inet addr: 192. 168. 1. 120 Bea

12、st: 192. 168. 1. 255 Mask:255. 255. 255. 0UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1RX packets:253 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets：43 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000RX bytes:35277 (34. 4 KiB) TX bytes:10152 (9.9 KiB)连接设备到windows, windows系统会提示

13、安装驱动，根据提示安装上RNDIS驱动。这个驱 动可以在网络上找到。此时windows会新生成一个网络连接，配宜它的ip地址等信息。然 后就可以和目标系统通过USB实现网络通讯了这一节主要把在实现“linux模拟U盘功能”过程中的一些调试过程记录下来，并加以解 析。一、背景知识1、USB Mass Storage 类规范概述USB 组织在 universal Serial Bus Mass Storage Class Spaceification11版本中泄义了海量存储设备类(Mass Storage Class)的规范，这个类规范包括四个独立的子类规范.即:1. USB Mass Stora

14、ge Class Control/Bulk/Interrupt (CBI) Transport2. USB Mass Storage Class Bulk-Only Transport3. USB Mass Storage Class ATA Command Block4.USB Mass Storage Class UFI Command Specification前两个子规范立义了数据/命令/状态在USB上的传输方法。Bulk- Only 传输规范仅仅使用Bulk端点传送数据/命令/状态，CBI传输规范则使用Control/Bulk/In terrupt三种类型的端点进行数据/命令/状态传

15、送。后两个子规范则泄义了存储介质的操 作命令。ATA命令规范用于硬盘，UFI命令规范是针对USB移动存储。Microsoft Windows中提供对Mass Storage协议的支持，因此USB移动 设备只需要遵循Mass Storage协议来组织数据和处理命令，即可实现与PC机交换数 拯。而Flash的存储单元组织形式采用FAT16文件系统，这样，就可以直接在Windows的 浏览器中通过可移动磁盘来交换数据了 Windows负责对FAT16文件系统的管理，USB设 备不需要干预FAT16文件系统操作的具体细节。USB (Host)唯一通过描述符了解设备的有关信息，根据这些信息，建立起 通信

16、，在这些描述符中，规定了设备所使用的协议、端点情况等。因此，正确地提供描述 符，是USB设备正常工作的先决条件。Linux-2. 6. 26内核中在利用USB gadget驱动实现模拟U盘时主要涉及到、s3c2410_udc.c等驱动文件(这些文件的具体结构，将在下一篇文章中描述)。此时 我们想先从这些代码中找到USB描述描述符，从中确左使用的存储类规范，从而确左协 议。确左通讯协议是我们调试的基础。存储类规范是由接口描述符决立的。接口描述符各项的左义义如下:OffsetFieldSizeValueDescriptionDbLenffth1dumberSize of this aescnpio

17、r in bytes1bDepfofTye1Ccnstan?INTERFACE Descriptor Type3bJrfterfaceNurnbef1NumberN umber of this i nterface. Zero-based value identify)ng the index in the array of concurrent interfaces supsorted ly th s configuration3bAitemsteSettifig1dumberVa ue used to select this alternate setting for the interf

18、ace identified in rhe prior field4bNumnapQjntsiMumberNumber of endaoinits usq oy This nterface rexcxding endpo；n zero). If this value i zero, this interface ony uses rhe Default Central Hx5O/n-feceC/ess1C；assC!ass ccae as&ianed by the US8-1F).A value oi zero is reser/ed for future tandardizatror.If

19、th-s field is set to FFH. the interface class is ventfor-specifc.Al) other values are reserved for assignment by the USB-lr.6bimerfaceStfD da ss1SubclassSuocias code(assnel by me uS5-ir) These cooes are qualrfied by tiie vafue of the blnterfaceC/ass neldIf the D旳沁aCJsssfeid is reset cc zero . :his f

20、ield must also be reset to zero.If th bint erf ace C/ass fie!d is noi set w FFH. all values are reserved for assignmeni oy rhe US6-IF.75/ntefsc5Pro?5co/1ProtocolProtocol code (azgnea oy the USB? These codes- are qua ified by the value of the binterfaceClass arid the bfnterf28hRead (10)Host读存储介质中的二进制

21、数据A8hRead (12)同上，不过比较详细一点25hRead Capacity要求设备返回当前容量23hRead Format Capacity查询当前容量及可用空间03hRequestSense请求设备向主机返回执行结果，及状态数据OlhRexero Unit返回零轨道2BhSeek (10)为设备分配到特左地址lDhSendDiagnostic执行固件复位并执行诊断OOhTest Unit Ready请求设备报告是否处于Ready状态2FhVerify在存储中验证数据2AhWrite (10)从主机向介质写二进制数据AAhWrite (12)同上，不过比较详2EhWrite and V

22、erify写二进制数据并验证对于不同的命令，其命令块描述符略有不同，其要求的返回内容也有所不同，根据相应的 文档，可以对每种请求作岀适当的回应。比如，下而是INQUIRY请求的命令块描述符和其 返回内容的数据格式：如：INQUIRY命令描述符：Table INQUIRY CommandBrtByte765432100Operation Code (12h)1Logical Unit NumberReservedEVPD(0)2Page Code3口 esen/ed4Allocation Length5Reserved6Reserved7Reserved3Reserved9Reserved10R

23、esen/ed11Reserved返回数据格式Table INQUIRY Data FormatBit Byte765A32100ReservedPeripheral DevEce Type1RMBReserved2ISO VersionECMA VersionANSI Version (OOh)3ReservedResponse Data Format4Additional Length (31)57Reserved8Vendor Information1516Product Identification3132Product Revision Level35n.nnHost 会依次发出 I

24、NQUIRY、Read Capacity. UFI Mode Sense 请求，如 果上述请求的返回结果都正确，则Host会发岀READ命令，读取文件系统0簇0扇区的 MBR数据，进入文件系统识别阶段。4、利用USB View观察结果0UIKI Rst ControllerFile-becked Swrage laosecManufacture： Lliuk 2.6,26. 5 with s3c2410_itk-VirtiEl IEB 砒 l Hst ControllerSerial 帥收L J73M175E775 Speed： 12ib/s (ful 1)USB Version； 1.10可

25、通过USB View软件査看到USB设置阶段获取到的信息。Device Q a.ss： OOOifc )Itevice Subclass： COLevies Fmtcwl: CO hfeLTfium tefaul t Ehdpoirrt Si28： 16 ttaber of Gonfiurations； 1 VMfld： 0525Prdixt I & a45Config Number； 1hkiflcer of Interfaces： 1 Attributes： cO f-fajfowr ttebi： MInterface Murrher: 0T1 hl . .I C畑 usb-sdzr3eA

26、l termte Nuite-: 0Cl ass： C6(stor.) Sub Cl ass： 06Protocol； 50 Number of Endpoints： 2Endpoint Mress： 81 Direction; in Attribute： 2 Type： Efulk hbx Packet Si： 64 Interval： OmsEndpoint Address： C2 Direction： out Attribute： 2 Type； Bulk 由 z Packet Si 厉；64 Interval： Orns二、出现的主要问题在调试过程中遇到了一个问题。现象是：在目标板加载

27、完驱动后，即执行完:# insmod g_ stall二0 removable=l后，接好USB线。此时在windows端设备岀有usb storage设备加入,但出现不了盘符。下面记录下调试过程。三、调试过程根据规范，当完成SCSI指令集中Inquiry命令时，可以岀现盘符。所以可以 通过bushound软件查看通讯过程，找出原因。下而是利用bushound工具在岀现问题时采集到的数据。DevPhaseDataTimInfoCmd Phase Ofs26CTLGET DESCRIPTROus26DI-12 03 01 02 4. Sms1.2. 1626CTLGET DESCRIPTR14u

28、s26DI3. 9ms26CTL80 06 00 01 - 00 00 12 001. 1.012 01 10 01 - 00 00 00 10 - 25 05 a5 a41.2.003 01 .80 06 00 02 - 00 00 09 002. 1.009 02 20 00 - 01 01 04 cO - 012. 2.080 06 00 02 - 00 00 20 00GET DESCRIPTR17us3. 1.026DI09 02 20 00 一 01 01 04cO - 01 09 04 00-00 02 08 06 4.9ms3. 2.002 - 02 40 00 00 P.26

29、CTLGET DESCRIPTR60us26DI3. 9ms26DI33. 9ms26CTL50 05 07 05 - 81 02 40 00 - 00 07 053. 2. 1680 06 00 03 - 00 00 02 004. 1.009 02 20 00 - 01 01 04 cO - 01 2. 2.004 0 3. 1.080 06 00 03 一 00 00 04 00GET DESCRIPTR26DI15us5. 1.004 03 09 043. 9m4. Oms6. 2.0s6. 1. 026CTL0GET DESCRIPTR80 06 03 03 -lOus0904 02

30、 01.2. 1626DIla 0326CTL80 06 03 03 - 09 04 la 00GET DESCRIPTR19us7. 1.046 696c 65一 2d 5374 6f - 72 20 42631 00 37 00 . 3. 7. 2.1626SET CONFIG26SET INTERFACE26CLASS26DI0. 4. 1.7.CTLCTLCTLDI10. 2.04. 9ms16us60msla 03 33 00 - 37 00 32 00 一 30 00 34 00 一35 00 36 00000901 00 - 00 0001Ob00 00 - 00 00al62m

31、s7. 2.0一 37 00 37 00 一 35 0000 0000 00 - 00 00005. 6. 7. 7. 5. 7. 2.8. 1.000 009. 1.001 0010. 1. 03. 9ms2680 00 06 12 USBC.0 00 - 00 00 00268 20 20 20DO55 534243-08 60 eO 86 - 24 00 00 00 一DI985us11.1.0000000 24一 00 000000 - 00 00 011. 1. 167 61 - 64 67 65 7400 80 02 02 一Linux 10msGadgetIf 0000 00 -

32、4c69 6e 75 - 712. 1.012. 1. 1630 33 31 3226CTL80 06 00 02 - 00 00 20 00031212. 1. 32GETDESCRIPTR893ms13.1.026DI09 02 20 00 - 01 01 04 cO - 01 09 04 00 -00 02 08 06 4.1ms13. 2. 050 05 07 05 - 81 02 40 00 - 00 07 05 02 - 02 40 00 00 P13. 2. 1626CTL80 06 00 02 - 00 00 20 00GET DESCRIPTR2. 7sc14. 1. 026

33、DI09 02 20 00 - 01 01 04 cO - 01 09 04 00 -00 02 08 06 4 4ms14.2.050 05 07 05 - 81 02 40 00 - 00 07 0502 - 02 40 00 00 P14 2. 1626USTS 05 00 00 cOno response2 8sc15. 1.0注意上而红色部分的代码，DO发岀了 55 53 42 43开始的CBW命令块，命令码是12,即I nquiry命令。要求目标返回Inquiry命令要求的数据，长度是0x24o接下来设备端通过D I返回了设备信息。按照规范，在返回完了数据后，设备端还应该通过DI向

34、系统返回CSW 的值。但实际的捕获内容并没有。所以导致不能正确岀现盘符。在中，发送数据时都会调用到start_transfer ()函数。在此函数中加入printk 调试语句，观察现象。发现只要加入的调试语句，windows端就能够正常设別设备了。于 是，可以猜测是因为需要在连续两次发送之间加上一些延时。在函数中加入udelay (80 0)后，windows系统可以正常发现设备了。具体的代码架构，将在下一遍文章中解析。下面是程序正常后，用bushound捕获到的数据。红色部分，可以看出设备正确的按照规范在发送完数据后，返回CSW信息。55 5342 43-08 2GG 36-24DGC000

35、-S00006 1200 00 00 24 00 00 CO 00 00 0(100 CO - UU 00 00USBC. 4.987usUJ.16販似00 800202 lfOOITOO-4:6975-7820 2020Lirin?:J Gins12J.046 60 6c 65 - 2d 53 74 6f-72 204761 64 6? 65 g匚恥 Stor Gdjet1Z1J6d30 3331 3203121213255534253-0320.086 -0300 CO00 COUSBS.，.1 Orris134.0卩2 DQ5553 42 43-08 刀幻 86-fcOO 00CO-SO

36、03Qa23USBC.ft刀邓咖a00 00 00 00-00 00 CO fc-00 00(0 00 0300 OO14.1.16藐Eoo oomoo-tn oo oo od .0000 00 co.00 cd 00 002.0ms00 00 00 DO-00 00 CO 00 - CO 00 0003 00 OD 00 001皿600 00 OD 00-00 DO CO 00,3255 53 42 33 - 03 20 G 86 - ft 00 OD 00 - 01USES .998osBi；o2OQ53 42 43 032D.D 86-12 CO00 00-80 000; 03USBC1

37、.0msALLOOOQM12-OOOCTO-COQflOfl(XI.OOalOfl17116p笏八70 000600 - 03 毁妙 0a - CO Q0 毁眼 29 OO 毁吸P)1 Oms朋力a00)8.116USBS.996us55 5342 53-(E2D.S86 03QQQQQO 00四、总结做好USB gadget驱动、或者USB host驱动调试需要：掌握一立的知识基础包括：USB协议、具体的类设备规范、USB驱动程序架构、USB设备端控制器操作等。合理利用调试工具。包括：USB view、bushound、及一些硬件USB信号分析仪。Linux USB设备端驱动有两部分组成。一

38、部分是USB设备控制器(USB Device Controller,UDC)驱动、另一部分是硬件无关的功能驱动(如：鼠标、u盘、usb串口、usb网络等)：也可以分为 3 层的,分别是:Controller DriversGadget DriversUpper Layer s,大概意思都差不多。J 控制器(USB Device Controller, UDC)驱动Gadget框架提岀了一套标准API,在底层，USB设备控制器驱动则实现这一套API,不 同的UDC需要不同的驱动，甚至基于同样的UDC的不同板子也需要进行代码修改。这一 层是硬件相关层。Linux标准内核里支持各种主流SOC的udc

39、驱动，如：S3C2410. PXA270等。你可以通 过内核直接配豊支持。你也可以通过修改它们获取更髙的效率。如：s3c2410.uda. c中并没有利用到控制器的dma功能，你可以根据需要修改它。要理解UDC驱动代码就必须对相应的硬件控制器熟悉。当然，如果你对此不感兴趣，或没 时间熟悉，也可以暂时跳过对硬件相关部分。本文也侧重于对软件结构的描述，不关心硬 件细节。下面给出在UDC驱动中涉及到的一些关键数据结构及API,参考s3c2410_uda. c1.关键的数据结构及APIgadget api提供了 usb device controller驱动和上层gadget驱动交互的接口。下面列 出

40、一些关键的数据结构。struct usb_gadget /代表一个 UDC 设备/* readonly to gadget driver */const struct usb_gadget_ops *ops; /设备的操作集 struct usb_ep *epO; /epO (USB 协议中的端点 0), 处理setup ()i求struct list_head ep_list; /* of usb_ep */本设备支持的端点链表enum usb_device_speed speed; /如：USB_SPEED_LOW、 USB_SPEED_FULL 等unsigned is_dualspee

41、d： 1; /支持 full/high speedunsigned is_otg: 1: /OTG 的特性unsigned is_a_peripheral: 1: /当前是 A-periphera1,而不是Ahostunsigned b_hnp_enable:1;unsigned a_hnp_support:1:unsigned a_alt_hnp_support:1;const char *name;；struct device dev;struct usb_gadget_driver /代表一个 gadget 设备 driver, 如： 中的 fsg_driver/又如：如 zero, c 中的 zero_driverchar *function; /个字符串，如Gadget Zero enum usb_device_speed speed;int (*bind) (struct usb_gadget *);void (*unbind)(struct usb_gadget *);int (*setup)(struct usb