Linux 下如何编写一个 USB 设备的驱动程序？

码上好不好 2025-04-24 14:30:22

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在 Linux 下编写 USB 设备驱动程序需要深入理解内核的 USB 子系统和设备驱动框架。以下是详细的步骤指南，包含关键代码示例和调试技巧：

1. 环境准备

(1) 安装工具和内核头文件

sudo apt-get install build-essential linux-headers-$(uname -r)

(2) 获取设备信息

使用 lsusb 查看设备信息：

$ lsusb
Bus 001 Device 005: ID 1234:5678 My USB Device

记录 ID（如 1234:5678）和设备描述符。

2. USB 驱动框架基础

(1) 内核模块骨架

#include <linux/module.h>
#include <linux/usb.h>

static int driver_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
    printk(KERN_INFO "USB device probed\n");
    return 0;
}

static void driver_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
    printk(KERN_INFO "USB device removed\n");
}

static struct usb_device_id my_usb_table[] = {
    { USB_DEVICE(0x1234, 0x5678) }, // 替换为你的 Vendor ID 和 Product ID
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(usb, my_usb_table);

static struct usb_driver my_usb_driver = {
    .name = "my_usb_driver",
    .id_table = my_usb_table,
    .probe = driver_probe,
    .disconnect = driver_disconnect,
};

module_usb_driver(my_usb_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");

(2) 编译 Makefile

obj-m += my_usb_driver.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

3. 关键实现步骤

(1) 设备探测与绑定

probe 函数：设备插入时调用，完成资源初始化。

static int driver_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
    struct usb_device *udev = interface_to_usbdev(intf);
    printk(KERN_INFO "Vendor ID: %04x, Product ID: %04x\n", 
           le16_to_cpu(udev->descriptor.idVendor),
           le16_to_cpu(udev->descriptor.idProduct));

    // 获取端点信息
    struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
    endpoint = &intf->cur_altsetting->endpoint[0].desc;
    printk(KERN_INFO "Endpoint Address: 0x%02x\n", endpoint->bEndpointAddress);

    return 0;
}

(2) 数据传输

控制传输（发送厂商命令）：

char *buffer = kmalloc(64, GFP_KERNEL);
int ret = usb_control_msg(udev,
                          usb_sndctrlpipe(udev, 0),
                          0x09, // 请求类型（Vendor-Specific）
                          0x21, // 请求码
                          0x0000, 0x0000,
                          buffer, 64, HZ*10);

中断传输（周期性读取数据）：

struct urb *urb;
char *transfer_buffer;

// 分配 URB 和缓冲区
urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
transfer_buffer = kmalloc(64, GFP_KERNEL);

// 配置端点
usb_fill_int_urb(urb, udev,
                 usb_rcvintpipe(udev, endpoint->bEndpointAddress),
                 transfer_buffer, 64,
                 urb_callback, NULL, 100); // 100ms 间隔

// 提交 URB
usb_submit_urb(urb, GFP_KERNEL);

(3) 资源释放

static void driver_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
    struct usb_device *udev = interface_to_usbdev(intf);
    printk(KERN_INFO "Disconnecting device %04x:%04x\n",
           le16_to_cpu(udev->descriptor.idVendor),
           le16_to_cpu(udev->descriptor.idProduct));
    // 释放 URB、缓冲区等资源
}

4. 调试与测试

(1) 查看内核日志

dmesg | tail -f  # 实时监控驱动日志

(2) 验证设备绑定

插入设备后检查 /sys/bus/usb/drivers/my_usb_driver/ 是否出现设备目录。

(3) 使用 usbmon 抓包

sudo modprobe usbmon  # 加载 usbmon 模块
sudo cat /sys/kernel/debug/usb/usbmon/0u > usb_data.log

5. 高级功能

(1) 异步传输（URB 回调）

static void urb_callback(struct urb *urb)
{
    if (urb->status == 0) {
        printk(KERN_INFO "Received data: %s\n", urb->transfer_buffer);
    } else {
        printk(KERN_WARNING "URB error: %d\n", urb->status);
    }
    // 重新提交 URB 实现循环传输
    usb_submit_urb(urb, GFP_ATOMIC);
}