如何设计基于AT91RM9200的USB主机端Linux驱动？

yuchengze

通用串行总线(usb)是一种新兴的计算机外围串行通信接口标准，它克服传统计算机串/并口的缺陷，具有热插拔、即插即用、数据传输可靠、扩展方便、低成本等优点，已成为当前计算机必备的接口之一，同时也被广泛地应用与嵌入式系统设计中。本文着重介绍嵌入式linux中的usb主机端驱动。其硬件平台是at91rm9200处理器系统，软件平台是linux-2.6.19.2内核。
1 at91rm9200 usb主机端接口硬件构成
at91rm9200处理器是atmel公司一款比较流行的微型处理器，它具有arm920t内核(带有mmu)，主时钟频率可达240 mhz，很适合嵌入式系统应用，它同时具有usb主机端和设备端，其中主机端处理开hci协议(ohci)及usb v2.0全速与低速协议，还给asb提供简单的读/写协议，usb主机端口还集成1个根集线器，硬件结构如图1所示。


2 linux usb主机端驱动
linux在1999年就在其核心内嵌入了usb驱动程序。理解linux的usb主机端驱动结构和原理，对在linux系统上开发usb设备端驱动程序，以及进一步理解usb协议有着很重要的意义。下面基于内核版本2.6.19.2分析linux usb的主机端驱动。
linux usb主机端驱动主要分为：主机控制器驱动、usb核心驱动和usb设备端驱动3个部分，它们之间的层次关系如图2所示。
在linux内核中关于usb的代码主要由2个部分构成：板级支持代码和usb驱动代码。其中板极支持代码主要分布在与处理器有关的目录里，如：/arch/arm/mach-at91rm9200目录。usb驱动代码主要集中在/drivers/usb目录里，主要包括usb核心驱动，主机控制器驱动，从机端驱动，各类设备端驱动程序。其中在atmel的板极支持代码/arch/arm/mach-at91rm9200/devices.c中包括usb主机端和从机端资源的数据结构at91_usbh_re-sources，at91_udc_resources，平台设备数据结构 at91rm9200_usbh_device，at91rm9200_udc_device，以及设备注册函数 at91_add_device_usbh()，at91_add_device_udc()，这2个函数在板极初始化函数中被调用，向内核添加usb主机设备和从机设备。usb驱动的核心代码是在/drivers/usb/core目录里，主要的作用是管理设备端驱动程序、控制协议命令集、管理数据传输、配置和管理usb设备、管理主机控制器。usb核心启动代码在目录/drivers/usb/core/usb.c中，具体的步骤如图3所示。


usb核心启动以后的结果是：注册1条总线“usb”，1个文件系统“usbfs”，创建2个设备类“usb_host”， “usb_device”，创建了许多的字符设备节点，分别是主设备号为180，从设备号是0～255，主设备号为189，从设备号为0～64×128，注册3个驱动程序：“usbfs”,“hub”，“usb”。创建一个内核线程“khubd”，pid=40，一旦有usb设备接入，这个内核线程就能捕捉到，并调用相应的驱动探测函数。这些内容在系统启动以后根文件系统的/sys或/proc相关目录下可以找到。linux usb主机端驱动涉及的主要数据结构有：
usb_driver：usb接口驱动程序结构体;
usb_device_driver：usb设备驱动程序结构体;
usb_bus：usb总线结构体;
usb_device：usb设备结构体;
urb：usb请求结构体。