USB鼠标设备驱动程序简单实现（一）

清疚 2022-06-17 11:45 229阅读 0赞

**一、Linux下的USB驱动程序**

分离和分层是Linux下驱动程序开发采用的最基本的形式，USB驱动开发在主机端主要涉及两个部分：主机控制器驱动和设备驱动。

主机控制器驱动主要是和具体的Soc相关的，它来识别USB设备，安装对应的设备驱动程序，提供对USB设备的读写函数。

设备驱动主要是根据具体的USB设备对USB主机驱动提供的读写函数获得的数据进行处理，实现这种USB设备特有的功能。具体的层次结构如下所示：

![Center][]

基本的开发环境：

操作系统：Ubuntu12.04

内核：Linux-3.0.86

GUI ：Qtopia2.2.0

交叉编译工具gcc版本 ： 4.5.1

**二、USB鼠标设备驱动的实现**

这一部分主要完成的功能是：实现一个简单的USB鼠标的设备驱动程序，读取鼠标进行操作所产生的原始的数据。

1、准备工作

默认的在Linux内核当中已经配置上了USB鼠标相关的驱动，所以为了自己编写的驱动程序能加载进内核和使用，先要去掉内核上的USB鼠标驱动。进入内核目录，执行make menuconfig，执行如下配置：

-> Device Drivers
     -> HID Devices
    	[ ]USB Human Interface Device (full HID) support

2、设备驱动编写

a、分配、设置、注册一个usb\_driver的结构体变量，为了方便定义了如下一个结构体：

/* 定义一个描述USB的结构体 */
    struct yl_usbmouse {
    	dma_addr_t usb_buf_phys;	/* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
    	char *usb_buf_virt;		/* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
    	int usb_buf_len;		/* 用来描述缓冲区的大小 */
    	struct urb *urb;		/* 描述usb的请求块 */
    };

定义一个usb\_driver的结构体，并设置它：

/* 定义一个usb_driver的结构体变量 */
    static struct usb_driver yl_usb_mouse_driver = {
    	.name		= "yl_usbmouse",
    	.probe		= yl_usb_mouse_probe,
    	.disconnect	= yl_usb_mouse_disconnect,
    	.id_table	= yl_usb_mouse_id_table,
    };

在入口函数中注册这个结构体：

/* 模块的入口函数 */
    static int __init yl_usb_mouse_init(void)
    {	
    	/* 注册一个usb_driver的结构体变量 */
    	usb_register(&yl_usb_mouse_driver);
    	return 0;
    }

b、分配、设置、初始化、提交一个urb，urb是用来传递USB主机控制器驱动的数据。当插入的设备和这个usb\_driver匹配时，它的probe函数将会调用，我们在probe函数当中实现对urb的一些列操作.

分配一个urb：

/* 1、分配一个usb请求块 */
    g_yl_usbmouse.urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);

设置、初始化这个urb：

/* 获取USB设备的某个端点 */
    pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
    
    /* 获取传输的数据的长度 */
    g_yl_usbmouse.usb_buf_len = endpoint->wMaxPacketSize;
    
    /* 分配一块缓冲区用来存放usb鼠标的数据 */
    g_yl_usbmouse.usb_buf_virt = usb_alloc_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, GFP_ATOMIC, &g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
    
    /* 2、初始化这个usb请求块 */
    usb_fill_int_urb(g_yl_usbmouse.urb, dev, pipe, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, yl_usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
    g_yl_usbmouse.urb->transfer_dma = g_yl_usbmouse.usb_buf_phys;
    g_yl_usbmouse.urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

提交这个urb：

/* 3、提交这个usb请求块 */
    usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_KERNEL);

c、usb鼠标获取数据的中断处理函数，这个函数是在urb初始化的时候传递进来的回调函数，鼠标发生动作时便会触及这个函数的调用，把鼠标的数据传递进来。它的具体的实现如下所示：

/* usb鼠标的中断处理函数 */
    static void yl_usbmouse_irq(struct urb *urb)
    {
    	int i = 0;
    
    	/* 依次把数据打印出来 */
    	printk("yl_usbmouse data : ");
    	for(i = 0; i < g_yl_usbmouse.usb_buf_len; i++)
    	{
    		printk("0x%x ", g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[i]);
    	}
    	printk("\n");
    
    	/* 再次提交urb */
    	usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
    }

这个函数实现的功能很简单：就是把鼠标产生的原始数据打印到终端上即可。

3、编译并安装驱动，在开发板上接入鼠标实验结果如下：

![Center 1][]  
![Center 2][]

![Center 3][]

从上面可以看出，鼠标每操作一次会一次性产生7个字节的数据。可以看出这些数据本身只是一些普通的数据，没有任何意义，那怎么让鼠标产生的这些数据发挥作用呢，就需要将usb鼠标和输入子系统结合使用，才能真正发挥USB鼠标的作用。具体实现见下文。  
  
  
附录：本文实现的完整的例程源代码如下所示：

#include <linux/kernel.h>
    #include <linux/slab.h>
    #include <linux/module.h>
    #include <linux/init.h>
    #include <linux/usb/input.h>
    #include <linux/hid.h>
    
    /* 定义一个描述USB的结构体 */
    struct yl_usbmouse {
    	dma_addr_t usb_buf_phys;	/* 描述分配的缓冲区的物理地址 */
    	char *usb_buf_virt;		/* 描述分配的缓冲区的虚拟地址 */
    	int usb_buf_len;		/* 用来描述缓冲区的大小 */
    	struct urb *urb;		/* 描述usb的请求块 */
    };
    
    /* 定义一个描述USB结构体的变量 */
    static struct yl_usbmouse g_yl_usbmouse;
    
    /* usb鼠标的中断处理函数 */
    static void yl_usbmouse_irq(struct urb *urb)
    {
    	int i = 0;
    
    	/* 依次把数据打印出来 */
    	printk("yl_usbmouse data : ");
    	for(i = 0; i < g_yl_usbmouse.usb_buf_len; i++)
    	{
    		printk("0x%x ", g_yl_usbmouse.usb_buf_virt[i]);
    	}
    	printk("\n");
    
    	/* 再次提交urb */
    	usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_ATOMIC);
    }
    
    /* 匹配设备成功时调用的探测函数 */
    static int yl_usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
    {
    	struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
    	struct usb_host_interface *interface;
    	struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
    	int pipe;
    
    	/* 获取接口和端点信息 */
    	interface = intf->cur_altsetting;
    	endpoint = &interface->endpoint[0].desc;
    
    	/* 获取USB设备的某个端点 */
    	pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
    
    	/* 获取传输的数据的长度 */
    	g_yl_usbmouse.usb_buf_len = endpoint->wMaxPacketSize;
    
    	/* 分配一块缓冲区用来存放usb鼠标的数据 */
    	g_yl_usbmouse.usb_buf_virt = usb_alloc_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, GFP_ATOMIC, &g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
    
    	/* 1、分配一个usb请求块 */
    	g_yl_usbmouse.urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
    
    	/* 2、初始化这个usb请求块 */
    	usb_fill_int_urb(g_yl_usbmouse.urb, dev, pipe, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, yl_usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
    	g_yl_usbmouse.urb->transfer_dma = g_yl_usbmouse.usb_buf_phys;
    	g_yl_usbmouse.urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
    
    	/* 3、提交这个usb请求块 */
    	usb_submit_urb(g_yl_usbmouse.urb, GFP_KERNEL); 	
    
    	return 0;
    }
    
    /* usb设备拔除时调用的函数 */
    static void yl_usb_mouse_disconnect(struct usb_interface *intf)
    {
    	struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
    
    	usb_kill_urb(g_yl_usbmouse.urb);
    	usb_free_urb(g_yl_usbmouse.urb);
    
    	usb_free_coherent(dev, g_yl_usbmouse.usb_buf_len, g_yl_usbmouse.usb_buf_virt, g_yl_usbmouse.usb_buf_phys);
    }
    
    
    /* 定义一个id_table的数组，当usb设备插入时进行比较和判断 */
    static struct usb_device_id yl_usb_mouse_id_table [] = {
    	{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
    		USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
    	{ }	/* Terminating entry */
    };
    
    /* 定义一个usb_driver的结构体变量 */
    static struct usb_driver yl_usb_mouse_driver = {
    	.name		= "yl_usbmouse",
    	.probe		= yl_usb_mouse_probe,
    	.disconnect	= yl_usb_mouse_disconnect,
    	.id_table	= yl_usb_mouse_id_table,
    };
    
    /* 模块的入口函数 */
    static int __init yl_usb_mouse_init(void)
    {	
    	/* 注册一个usb_driver的结构体变量 */
    	usb_register(&yl_usb_mouse_driver);
    	return 0;
    }
    
    /* 模块的出口函数 */
    static void __exit yl_usb_mouse_exit(void)
    {	
    	/* 注销一个usb_driver的结构体变量 */
    	usb_deregister(&yl_usb_mouse_driver);
    }
    
    module_init(yl_usb_mouse_init);
    module_exit(yl_usb_mouse_exit);
    
    MODULE_LICENSE("GPL");

[Center]: /images/20220617/a25ae8d1b685465493ce1b14b6250d28.png
[Center 1]: /images/20220617/c5580f66aebf4438a37091b438255e35.png
[Center 2]: /images/20220617/888b604b1cbf48dfa3d8fe0681fddcc0.png
[Center 3]: /images/20220617/9db91b5e93c4415caf5f64cfc2cddd08.png