USB内核架构
USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于连接计算机和外部设备的通信接口标准。在计算机领域，USB已经成为最为常用的外围设备连接方式之一。而USB内核架构则是指在操作系统内核中，用于支持USB设备的相关代码和机制的整体架构。
USB内核模块
在Linux操作系统中，USB内核架构主要由以下几个模块组成：
-
USB Core：提供了USB总线的核心功能，包括设备的枚举、驱动的注册和注销等。此模块位于
drivers/usb/core目录下。 -
USB Host Controller Drivers：负责与硬件的USB控制器进行通信，包括控制器的初始化、中断处理等。每种类型的USB控制器都需要相应的驱动程序来支持。此模块位于
drivers/usb/host目录下。 -
USB Device Drivers：负责与具体的USB设备进行通信，包括设备的初始化、数据传输等。每种类型的USB设备都需要相应的驱动程序来支持。此模块位于
drivers/usb/device目录下。 -
USB Gadget Drivers：用于支持将Linux系统作为USB设备使用，即可以将Linux系统模拟为USB设备并与其他主机进行通信。此模块位于
drivers/usb/gadget目录下。 -
USB Class Drivers：提供了一些通用的USB设备类驱动，如存储设备、音频设备等。此模块位于
drivers/usb/class目录下。 -
USB Filesystem：用于将USB设备挂载为文件系统，以方便用户对USB设备进行文件的读写操作。此模块位于
fs/usb目录下。
USB设备的枚举和驱动注册
当插入一个USB设备时，操作系统会自动进行设备的枚举和驱动的注册。USB Core模块负责管理设备的枚举过程，而USB设备驱动则通过注册函数将自己与特定类型的USB设备关联起来。
以下是一个示例代码，演示了如何编写一个简单的USB设备驱动程序：
#include <linux/module.h>
#include <linux/usb.h>
static struct usb_device_id my_usb_table[] = {
{ USB_DEVICE(0x1234, 0x5678) },
{} /* Terminating entry */
};
MODULE_DEVICE_TABLE(usb, my_usb_table);
static int my_usb_probe(struct usb_interface *interface,
const struct usb_device_id *id)
{
/* 进行设备初始化和数据传输等操作 */
return 0;
}
static void my_usb_disconnect(struct usb_interface *interface)
{
/* 设备断开连接后的处理 */
}
static struct usb_driver my_usb_driver = {
.name = "my_usb",
.probe = my_usb_probe,
.disconnect = my_usb_disconnect,
.id_table = my_usb_table,
};
static int __init my_usb_init(void)
{
return usb_register(&my_usb_driver);
}
static void __exit my_usb_exit(void)
{
usb_deregister(&my_usb_driver);
}
module_init(my_usb_init);
module_exit(my_usb_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("USB Device Driver");
在以上示例代码中，my_usb_table定义了要支持的USB设备的Vendor ID和Product ID，通过MODULE_DEVICE_TABLE宏将其注册到USB Core模块。my_usb_probe函数负责设备的初始化和数据传输等操作，my_usb_disconnect函数负责设备断开连接后的处理。my_usb_driver结构体将这两个函数与驱动程序关联起来，同时指定了驱动的名称和ID表。my_usb_init和my_usb_exit函数分别在模块加载和卸载时被调用，通过usb_register和usb_deregister函数将驱动注册到USB Core模块。
USB内核架构关系图
下图是USB内核架构的关系图：
erDiagram
USB Core --|> USB Host Controller Drivers
USB Core --|> USB Device Drivers
USB Core --|> USB G
