毕业设计论文基于Linux系统下USB鼠标驱动开发

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1、3毕业设计(论文)题 目 基于Linux系统下USB鼠标驱动开发英文题目 Using Linux system to Write Device Drivers of USB mouse 学生姓名 学 号 指导教师 职称 讲 师 专 业 信 息 工 程 二零一一年五月43目录摘 要IABSTRACTII第一章绪 论11.1 课题研究的背景和意义11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的意义11.3 课题研究的内容1第二章USB简介22.1 USB的沿革22.2 USB的优点22.3 USB的应用及发展趋势32.3.1 USB的扩展应用32.3.2 USB的发展趋势42.4 USB接口类

2、型42.5 USB2.0规范52.6 USB 3.0 简介5第三章USB系统架构与协议73.1 USB系统拓扑结构73.2 USB设备逻辑结构83.3 USB描述符93.3 USB数据传输方式93.3 USB数据流模型103.3.1 控制传输103.3.2 中断传输113.3.3 批量传输113.3.4 同步传输12第四章LINUX系统内核及内核模块134.1 Linux体系结构134.2 Linux内核架构134.3 Linux内核目录结构144.4 Linux内核模块开发154.4.1 makefile154.4.2 安装和卸载内核模块174.5 Linux内核配置与安装18第五章LINU

3、X USB系统与功能测试235.1 USB协议软件层次235.2 Linux USB架构245.3 MassStorsge245.4 USB-HID28第六章LINUX USB鼠标驱动程序设计316.1 USB鼠标驱动程序分析316.2 URB336.3 搭建开发平台336.3.1 安装编辑工具336.3.2 安装和配置编译器336.3.3 安装其他工具346.3.4 平台硬件构成346.3.5 平台软件构成366.4 USB鼠标驱动程序详细设计36总结41致谢42参考文献43东华理工大学长江学院毕业设计 摘要摘 要随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描

4、仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何接入个人计算机？USB就是基于这个目的产生的。USB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口，其规格是由Intel（英特尔）、NEC、Compaq、DEC、IBM（商业机器公司）、Microsoft（微软）、Northern Telecom联系制定的。USB具有传输速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，几乎应用于所有的外部设备，成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。本设计主要以Linux USB为中心，研究USB系统架构与其协议分析、Linux系统内核及内核模块配置和编译、Linux USB系

5、统与功能测试和Linux USB鼠标驱动程序设计。主要知识涉及USB系统架构，USB描述符，USB数据描述方式，USB枚举，Linux内核简介，Linux内核及内核模块配置预编译，Linux系统架构，MassStorage与USB-HID，USB URB等相关内容。关键词：驱动程序；USB；Linux；嵌入式。东华理工大学长江学院毕业设计 ABSTRACTABSTRACTWith the rapid development of computer hardware and peripherals increasing, keyboard, mouse, modem, printer, scan

6、ner is already known, digital camera, MP3 player, so many of the ensuing equipment, how to access personal computer? USB is based on the objective of generation. USB is a computer peripheral devices connected standardization, simplification, its specification is made interface Intel (Intel), NEC, Co

7、mpaq, DEC, IBM (business machine company), Microsoft (Microsoft), Northern Telecom contact work. USB with transmitting speed, easy to use, support hot swaps, connect flexible, independent power supply etc, almost applied to all external devices, now became a personal computer and intelligent devices

8、 with one of the interface of will. This design mainly Linux USB as the center, the research system architecture and USB protocol analysis, Linux kernel and kernel module configuration and compilation, Linux USB system and function testing and Linux USB mouse driver design. Main knowledge system arc

9、hitecture involving USB, USB descriptors, USB, USB enumeration data description way, Linux kernel introduction, Linux kernel and kernel module configuration pre-compiled MassStorage system architecture, Linux, and USB - HID, USB URB and other related content. Key words: Device Drivers;USB;Linux; Emb

10、edded.东华理工大学长江学院毕业设计 第一章 绪论第一章绪 论1.1 课题研究的背景和意义1.1.1 课题研究的背景随着计算机硬件飞速发展，外围设备日益增多，键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪早已为人所共知，数码相机、MP3随身听接踵而至，这么多的设备，如何接入个人计算机？USB就是基于这个目的产生的。USB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口，其规格是由Intel（英特尔）、NEC、Compaq、DEC、IBM（商业机器公司）、Microsoft（微软）、Northern Telecom联系制定的。USB具有传输速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，几乎应

11、用于所有的外部设备，成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。1.1.2 课题研究的意义USB凭借自身的优势，USB设备也开始广泛的应用于嵌入式设备中。本论文就是基于嵌入式系统来编写USB设备驱动，以加强对USB接口和设备的认识，同时也通过本毕业设计将四年来所学的专业知识和其他方面的知识融入到实际应用中。1.3 课题研究的内容本设计主要以Linux USB为中心，研究USB系统架构与其协议分析、Linux系统内核及内核模块配置和编译、Linux USB系统与功能测试和Linux USB鼠标驱动程序设计。主要知识涉及USB系统架构，USB描述符，USB数据描述方式，USB枚举，Linux内

12、核简介，Linux内核及内核模块配置预编译，Linux系统架构，MassStorage与USB-HID，USB URB等相关内容。东华理工大学长江学院毕业设计 第二章 USB简介 第二章USB简介2.1 USB的沿革USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它是一种应用在计算机领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有个人电脑带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些个人电脑的USB接口都闲置未用。1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。 这

13、几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为个人电脑的标准接口已经是大势所趋。在主机端，最新推出的个人电脑几乎100%支持USB；而在外设端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0，各USB版本间能很好的兼容。USB用一个4针（USB3.0标准为9针）插头作为标准插头，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。目前的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，主板上也安装有USB接口插座，而且除了背板的插座

14、之外，主板上还预留有USB插针，可以通过连线接到机箱前面作为前置USB接口以方便使用。而且USB接口还可以通过专门的USB连机线实现双机互连，并可以通过Hub扩展出更多的接口。USB具有传输速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps），使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等外部设备。 USB各版本区别版本最大传输速率速率称号最大输出电流协议推出时间： USB1.0：1.5Mbp

15、s(192KB/s)低速(Low-Speed)500mA1996年1月；USB1.1：12Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed)500mA1998年9月；USB2.0：480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)500mA2000年4月；USB3.0：5Gbps(640MB/s)超速(Super-Speed)900mA2008年11月。2.2 USB的优点USB设备之所以会被大量应用，主要具有以下优点： 1、可以热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机将并口或串口电缆接上再开机”这样的动作，而是直接在电脑工作时，就可以将USB电缆插上使用。 2、携带方

16、便。USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，同样20G的硬盘，USB硬盘比IDE硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，当然USB硬盘会是首要之选了。 3、标准统一。大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机等等。 4、可以连接多个设备。USB在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有四个端口的USB HUB时，就可以再连上。2.3 USB的应用及发展趋势USB1.1标准接口传输速率为12Mbps，但是一个USB设备最多

17、只可以得到6Mbps的传输频宽。因此若要外接光驱,至多能接六倍速光驱，无法再高。而若要即时播放MPEG-1的VCD影片,至少要1.5Mbps的传输频宽,这点USB办得到,但是要完成数据量大四倍的MPEG-2的DVD影片播放，USB可能就很吃力了，若再加上AC-3音频数据，USB设备就很难实现即时播放了。 用户的需求，是促进科技发展的动力，厂商也同样认识到了这个瓶颈。这时， COMPAQ、Hewlett Packard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和PHILIPS这7家厂商联合制定了USB 2.0接口标准。USB 2.0将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps，比U

18、SB 1.1标准快40倍左右，速度的提高对于用户的最大好处就是意味着用户可以使用到更高效的外部设备，而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到USB 2.0的线路上，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。另外，USB2.0兼容USB1.1，也就是说USB1.1设备可以和USB2.0设备通用，但是这时USB2.0设备只能工作在全速状态下(12Mbit/s)。USB2.0有高速、全速和低速三种工作速度，高速是480Mbit/s，全速是12Mbit/s，低速是1.5Mbit/s。其中全速和低速是为兼容USB1.1和USB1.0而设计。 2.3.1 USB的扩展应用2.3.1.1前置USB接口前置USB接

19、口是位于机箱前面板上的USB扩展接口。目前，使用USB接口的各种外部设备越来越多，例如移动硬盘、闪存盘、数码相机等等。前置USB接口在这方面就给用户提供了很好的易用性。 前置USB接口要使用机箱所附带的USB连接线连接到主板上所相应的前置USB插针（一般是8针、9针或10针，两个USB成对，其中每个USB使用4针传输信号和供电）上才能使用。 2.3.1.2 USB口硬盘盒目前的主流，其最大优点是使用方便，支持热插拔和即插即用。USB有两种标准：一种是USB1.1接口，其传输速度只有12Mbps，一种是USB2.0接口，其传输速度高达480Mbps。目前的主板上的USB都支持USB1.1，但US

20、B 2.0只有较新的主板才能支持，购买时根据个人情况选择产品，虽然USB2.0向下兼容USB1.1，但支持USB2.0接口的移动硬盘盒比USB1.1的要贵一些。 2.3.2 USB的发展趋势USB开发者论坛的主席兼英特尔公司的技术策略官Jeff Ravencraft表示，无线USB技术将帮助用户在使用个人电脑连接打印机、数码相机、音乐播放器和外置磁盘驱动器等设备时，从纷繁复杂的电缆连线中解放出来。无线USB标准的数据传输速率与目前的有线USB 2.0标准是一样的，均为每秒480M，两者的区别在于无线USB要求在个人电脑或外设中装备无线收发装置以代替电缆连线。 无线USB采用超宽带技术进行通信。

21、目前无线局域网的802.11g协议采用位于2.4GHz附近的一小段频带进行通信，而超宽带技术则采用从3.1GHz到10.6GHz的频带进行通信。超宽带的信号水平足够低，因此对于其他无线通信技术来说，超宽带信号的影响类似于噪声。2.4 USB接口类型图1 USB接口类型Mini型（公口）、Mini型（母口）、Mini型USB B型、USB A型（母口）、USB A型（公口）标准 USB 接口标准 USB 连接器触点 触点功能（主机）功能（设备）1VBUS (4.755.25 V)VBUS (4.45.25 V)2D-D-3D+D+4接地接地USB 信号使用分别标记为 D+ 和 D- 的双绞线传输

22、，它们各自使用 半双工的差分信号 并协同工作，以抵消长导线的电磁干扰。 2.5 USB2.0规范USB2.0技术规范是有由Compaq、Hewlett Packard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC、Philips共同制定、发布的，规范把外设数据传输速度提高到了480Mbps，是USB 1.1设备的40倍！但按照原定计划新的USB 2.0标准只是准备把这个标准定在240Mbps，后来，经过努力将它提高到了480Mbps。 由于当时制订的标准有了变化，USB规范就产生了三种速度选择：480Mbps、12Mbps、1.5Mbps。 而2003年6月份，当USB2.0标准开始逐

23、渐深入人心之后，USB协会重新命名了USB的规格和标准。 重新命名了USB标准将原先的USB 1.1改成了USB 2.0 Full Speed（全速版），同时将原有的USB 2.0改成了USB 2.0 High-Speed（高速版），并同时公布了新的标识。 USB 2.0 支持的操作系统：Microsoft Windows 7 、Microsoft Windows Server 2008、 Microsoft Windows vista、Microsoft Windows Server 2003 、Microsoft WindowsXP（所有版本） 、Microsoft Windows 200

24、0、 Microsoft Windows 98SE 、Microsoft Windows Me 。2.6 USB 3.0 简介英特尔公司（Intel）和业界领先的公司一起携手组建了USB 3.0推广组，旨在开发速度超过当今10倍的超高效USB互联技术。该技术是由英特尔，以及惠普（HP）、NEC、NXP半导体以及德州仪器（Texas Instruments）等公司共同开发的，应用领域包括个人计算机、消费及移动类产品的快速同步即时传输。随着数字媒体的日益普及以及传输文件的不断增大甚至超过25GB，快速同步即时传输已经成为必要的性能需求。 USB 3.0 具有后向兼容标准，并兼具传统USB技术的易用

25、性和即插即用功能。该技术的目标是推出比目前连接水平快10倍以上的产品，采用与有线USB相同的架构。除对USB 3.0规格进行优化以实现更低的能耗和更高的协议效率之外，USB 3.0 的端口和线缆能够实现向后兼容，以及支持未来的光纤传输。 USB 2.0基于半双工二线制总线，只能提供单向数据流传输，而USB 3.0采用了对偶单纯形四线制差分信号线，故而支持双向并发数据流传输，这也是新规范速度猛增的关键原因。 除此之外，USB 3.0还引入了新的电源管理机制，支持待机、休眠和暂停等状态。 USB 3.0在实际设备应用中将被称为“USB SuperSpeed”，顺应此前的USB 1.1 FullSp

26、eed和USB 2.0 HighSpeed。 图2 USB 3.0标识图东华理工大学长江学院毕业设计 第三章 USB系统架构与协议第三章USB系统架构与协议3.1 USB系统拓扑结构主机根集线器根集线器根集线器集线器设备设备设备图3 USB系统拓扑结构a每个USB系统都有一个主控制器（Host），该（Host）主控器和一个根集线器作为一个整体，。USB主控器在USB系统中USB主控器负责主机与设备之间的电气和协议层得互联。USB主控器的常规规格有OHCI、UHCI、EHCI。OHCI即Open Host Controller Interface，开放式主机控制接口协议 。EHCI驱动程序设计成

27、为实现新的高速 USB 2.0 协议的芯片提供支持。OHCI驱动程序用来为非 PC 系统上的（以及带有 SiS 和 ALi 芯片组的 PC 主板上的）USB 芯片提供支持。UHCI驱动程序用来为大多数其它 PC 主板（包括 Intel 和 Via）上的 USB 实现提供支持。一个 USB HOST 最多可以同时支持 128 个地址，地址 0 作为默认地址，只在设备枚举期间临时使 用，而不能被分配给任何一个设备，因此一个 USB HOST 最多可以同时支持 127 个地址，如果一个设 备只占用一个地址，那么可最多支持 127 个 USB 设备。在实际的 USB 体系中，如果要连接 127 个 U

28、SB 设备，必须要使用 USB HUB，而 USB HUB 也是需要占用地址的，所以实际可支持的 USB 功能设备的数量将小于 127。USB体系采用分层的星型拓扑来连接所有USB设备，如下图所示：图4 USB系统拓扑结构b以 HOST-ROOT HUB为起点 ，最多支持7层（Tier），也就是任何一个 USB 系统中最多可以允许 5 个 USB HUB 级联。一个复合设备（Compound Device） 将同时占据两层或更多的层。ROOT HUB 是一个特殊的 USB HUB，它集成在主机控制器里，不占用地址。ROOT HUB 不但实现了普通USB HUB的功能，还包括其他一些功能。3.2

29、 USB设备逻辑结构设备描述符配置0配置n接口0接口0接口1端点0端点1端点0图5 USB设备逻辑结构在USB协议中接口由多个端点组成，代表一个基本的功能，是USB设备驱动程序控制的对象。如：配置一：音频（接口）+旋钮（接口）；配置二：音频（接口）+旋钮（接口）+视频（接口）。设备端点是USB设备中的唯一可寻址部分，它位于USB设备或主机上的一个数据缓冲区，用来存放和发送USB各种数据，主机和设备的通信的最终作用于设备的各个端点。USB设备有一个唯一的地址，在设备连接上主机时，由主机分配，而设备终的每一个端点在设备内部有唯一的端点号，给端点号是设计设备时给定的。每个设备必有端点0，它用于设备枚

30、举和对设备进行一些基本的控制功能。3.3 USB描述符在每个PCI设备中都有一组固定格式的寄存器，称之为PCI寄存器，通过访问这组寄存器，主机能获得PCI设备的信息。同样，USB内部，同样也包含了类似于PCI配置寄存器，这样的固定格式的数据，通过这些数据，主机可以获取USB设备的类型、生产厂商等信息。标准USB设备有5钟USB描述符：设备描述符、配置描述符、接口描述符、字符串描述符。一个USB设备只有一个设备描述符，一个设备描述符可以包含多个配置描述符，一个配置描述符可以包含多个接口描述符，一个接口使用几个端点就有几个端点描述符。3.3 USB数据传输方式USB 采用轮询的广播机制传输数据，所

31、有的传输都由主机发起，任何时刻整个 USB 体系内仅允许一个数据包的传输，即不同物理传输线上看到的数据包都是同一被广播的数据包。USB 采用“令牌包”-“数据包”-“握手包”的传输机制，在令牌包中指定数据包去向或者来源的设备地址和端点（Endpoint），从而保证了只有一个设备对被广播的数据包/令牌包作出响应。握手包表示了传输的成功与否。图6 USB传输方式分析一个传输有一个或多个事务（transaction）构成。事务可分为IN事务、OUT事务，Setup事务。一个事务由一个或多个包（packet）构成。包又可分为令牌包、数据包、握手包、特殊包。一个包由多个域构成：同步域（SYNC）、标示域

32、（PID）、地址域(ADDR)、端点域(ENDP)、帧号域(FRAM)、数据域(DATA)、校验域(CRC)。数据包是USB 总线上数据传输的最小单位，包括 SYNC、数据及 EOP 三个部分。其中数据的格式针对不同的包有不同的格式。但都以 8 位的 PID 开始。PID 指定了数据包的类型（共 16 种）。令牌包即指PID为IN/OUT/SETUP 的包。端点（Endpoint）是 USB 设备中的可以进行数据收发的最小单元，支持单向或者双向的数据传 输。设备支持端点的数量是有限制的，除默认端点外低速设备最多支持 2 组端点（2 个输入，2 个输出），高速和全速设备最多支持 15 组端点。管

33、道（Pipe）是主机和设备端点之间数据传输的模型，共有两种类型的管道：无格式的 流管道（Stream Pipe）和有格式的信息管道（Message Pipe）。任何 USB 设备一旦上电就存 在一个信息管道，即默认的控制管道，USB 主机通过该管道来获取设备的描述、配置、状 态，并对设备进行配置。USB 设备连接到 HOST 时，HOST 必须通过默认的控制管道对其进行枚举，完成获得 其设备描述、进行地址分配、获得其配置描述、进行配置等操作方可正常使用。USB 设备 的即插即用特性即依赖于此。枚举是 USB 体系中一个很重要的活动，由一系列标准请求组成（若设备属于某个子类，还包含 该子类定义的

34、特殊请求）。通过枚举 HOST 可以获得设备的基本描述信息，如支持的 USB 版本、PID、 VID、设备分类（Class）、供电方式、最大消耗电流、配置数量、各种类型端点的数量及传输能力（最大包长度）。HOST 根据 PID和 VID 加载设备驱动程序，并对设备进行合适的配置。只有经过枚举的设备才能正常使用。对于总线供电设备，在枚举完成前最多可从总线获取 100mA 的电流。枚举的步骤为获取设备描述符、复位、设置地址、再次获取设备描述符、获取配置描述符、获取接口及端点描述符、获取字符串描述符、选择设备配置。3.3 USB数据流模型USB 体系定义了四种类型的传输，它们是： 控制传输、 中断传

35、输、批量传输、同步传输。3.3.1 控制传输控制传输是一种可靠的双向传输，一次控制传输可分为三个阶段。第一阶段为从 HOST 到 Device 的 SETUP 事务传输，这个阶段指定了此次控制传输的请求类型； 第二阶段为数据阶段，也有些请求没有数据阶段；第三阶段为状态阶段，通过一次 IN/OUT 传输表明请求是否成功完成。控制传输通过控制管道在应用软件和 Device 的控制端点之间进行，控制传输 过程中传输的数据是有格式定义的，USB 设备或主机可根据格式定义解析获得的 数据含义。其他三种传输类型都没有格式定义。控制传输对于最大包长度有固定的要求。对于高速设备该值为 64Byte；对于低速设

36、备该值为8；全速设备可以是8、16、32、 64。最大包长度表征了一个端点单次接收/发送数据的能力，实际上反应的是该端点对应的 Buffer 的大小。Buffer 越大，单次可接收/发送的数据包越大，反之亦反。当通过一个端点 进行数据传输时，若数据的大小超过该端点的最大包长度时，需要将数据分成若干个数据 包传输，并彍要求除最后一个包外，所有的包长度均等于该最大包长度。这也就是说如果 一个端点收到/发送了一个长度小于最大包长度的包，即意味着数据传输结束。控制传输在访问总线时也受到一些限制，如：高速端点的控制传输不能占用超过 20%的微帧，全速和低速的则不能超过 10%。在一帧内如果有多余的未用时

37、间，并且没有同步和中断传输，可以用来进行控 制传输。3.3.2 中断传输中断传输是一种轮询的传输方式，是一种单向的传输，HOST 通过固定的间隔 对中断端点进行查询，若有数据传输或可以接收数据则返回数据或发送数据，否则 返回 NAK，表示尚未准备好。中断传输的延迟有保证，但并非实时传输，它是一种延迟有限的可靠传输，支 持错误重传。对于高速/全速/低速端点，最大包长度分别可以达到 1024/64/8 Bytes。 高速中断传输不得占用超过 80%的微帧时间，全速和低速不得超过 90%。 中断端点的轮询间隔由在端点描述符中定义，全速端点的轮询间隔可以是1255mS，低速端点为 10255mS，高速

38、端点为(2interval-1)*125uS，其中 interval 取 1到 16 之间的值。除高速高带宽中断端点外，一个微帧内仅允许一次中断事务传输，高速高带宽端点最多可以在一个微帧内进行三次中断事务传输，传输高达3072字节的数据。所谓单向传输，并不是说该传输只支持一个方向的传输，而是指在某个端点上该传输 仅支持一个方向，或输出，或输入。如果需要在两个方向上进行某种单向传输，需要占用两个端点，分别配置成不同的方向，可以拥有相同的端点编号。3.3.3 批量传输 批量传输是一种可靠的单向传输，但延迟没有保证，它尽量利用可以利用的带宽来完成传输，适合数据量比较大的传输。低速 USB 设备不支持

39、批量传输，高速批量端点的最大包长度为 512，全速批 量端点的最大包长度可以为 8、16、32、64。批量传输在访问 USB 总线时，相对其他传输类型具有最低的优先级，USB HOST 总是优先安排其他类型的传输，当总线带宽有富余时才安排批量传输。高速的批量端点必须支持 PING 操作，向主机报告端点的状态，NYET 表示否 定应答，没有准备好接收下一个数据包，ACK 表示肯定应答，已经准备好接收下一个数据包。3.3.4 同步传输 同步传输是一种实时的、不可靠的传输，不支持错误重发机制。只有高速和全速端点支持同步传输，高速同步端点的最大包长度为 1024，低速的为 1023。除高速高带宽同步端

40、点外，一个微帧内仅允许一次同步事务传输，高速高带宽 端点最多可以在一个微帧内进行三次同步事务传输，传输高达 3072 字节的数据。全速同步传输不得占用超过 80%的帧时间，高速同步传输不得占用超过 90%的微帧时间。同步端点的访问也和中断端点一样，有固定的时间间隔限制。 在主机控制器和 USB HUB 之间还有另外一种传输分离传输（Split Transaction），它仅在主机控制器和 HUB 之间执行，通过分离传输，可以允许全速/低速设备连接到高速主机。分离传输对于 USB 设备来说是透明的、不可见的。分离传输顾名思义就是把一次完整的事务传输分成两个事务传输来完成。其出发点是高速传输和全

41、速/低速传输的速度不相等，如果使用一次完整的事务来传输，势必会造成比较长的等待时间，从而 降低了高速 USB 总线的利用率。通过将一次传输分成两此，将令牌（和数据）的传输与响应数据（和 握手）的传输分开，这样就可以在中间插入其他高速传输，从而提高总线的利用率。东华理工大学长江学院毕业设计 第四章 Linux系统内核和内核模块第四章Linux系统内核及内核模块4.1 Linux体系结构User Applications(应用程序)GUN C Library(C库)System Call Interface（系统调用接口）Kernel（内核）Architechure-Dependent kerne

42、l code(依赖硬件体系结构的代码)用户空间内核空间GUN/Linux图7 Linux系统结构现代CPU有不同的工作模式，以ARM为例，有用户模式（USR）、快速中断模式(FIQ)、外部中断模式(IRQ)、管理模式(SVC)、数据访问终止模式(ABT)、系统模式（SYS）、未定义指令中断模式（UND），不同模式执行的特权指令不同，linux系统利用了cpu这一特性，使用了其中的两级来翻倍运行Linux内核昱应用程序，是操作系统本身得到充分的保护。内核空间与用户空间是程序执行的两种不同的状态，通过系统调用和硬件中断能够完成从用户空间到内核空间的转移。4.2 Linux内核架构Linux内核源代

43、码采用树形结构进行组织，把功能先关的文件都放在同一个子目录下，是程序更具有可读性。System call interface(SCI)系统调用接口Pross management(PM)进程管理依赖硬件体系结构的代码Device Drivers（DD）驱动程序ArchMemory management(MM)内存管理Network stack网络协议栈Virtueal file system(VFS)虚拟文件系统图8 linux内核4.3 Linux内核目录结构图9 Linux内核文件目录/arch目录：内核多支持的每一种支持CPU体系，在该目录下都有对应的子目录，每一个CPU的子目录有进一步

44、分解为boot、kernel等子目录，分别包含了控制系统引导，系统调用等。/bock目录：部分块设备驱动程序。/crypto目录：加密、压缩、CRC校验算法。/documentation目录：内核的文档。/driver目录：设备驱动程序。/fs目录：存放各种文件系统的实现代码。/include目录：内核所需的头文件，与平台无关的头文件在include/linux子目录下与硬件体系相关的头文件在arch目录下。/init目录：内核初始化代码。/ipc目录：进程间通信的实现代码。/kernel目录：Linux大多数关键的核心功能（调用程序、进程控制、模块化）/lib目录：库文件代码/mm目录：用于

45、实现内存管理中昱硬件体系结构无关的部分。/net目录：网络协议实现的代码。/samples目录：一些内核编程的范例。/scripts目录：配置内核的脚本。/security目录：安全相关。/sound目录：音频设备的驱动程序。/usr目录：Cpio命令的实现。/virt目录：内核虚拟机。4.4 Linux内核模块开发Linux内核的整体结构非常庞大，起包含组件也很多，若所有组件都编译进内核文件，这样会导致内核文件过大，添加和删除组件是就要重新编译内核。Linux内核模块动态的添加到正在运行的内核中。Linux内核模块的特点：本身并不编译进内核；可以格局需求，在内核运行期间动态的安装和卸载。Li

46、nux内核模块的程序结构：模块加载函数，安装时被系统自动的调用的函数，通过module_init宏来指定；模块卸载函数，卸载时被系统自动的调用的函数，通过module_exit宏来指定。4.4.1 makefile当工程很大，需要很多源文件，这是不可能一个一个的去运行，这是就要用到makefile。GUN的makefile能够是整个软件工程编译，连接只需要一个命令就可以完成。Makefile文件描述整个工程的编译连接规则。Makefile术语:a. 规则：用于说明如何生成一个或多个目标文件，命令要用TAB键开始。 规则: targets（目标）: prerequisites（依赖） (TAB键

47、)command（命令） eg： obj : hello.o gcc o hellob. 最终目标:第一条规则为最终的目标c. 伪目标：makefile中把没有任何依赖只要执行的目标为伪目标.PHONY :clearn (将clearn声明为伪目标)clear：rm f hellod. 变量:用$()定义 eg: obj =main.o fun1.o fun2.o hello:$(obj) gcc $(obj) o hello默认变量$:代表所有依赖文件$：代表目标$：代表第一个依赖文件eg:hello :main.o fun1.o hello:main.o fun1.ogcc main.o

48、fun1.o hello.o gcc $ -o $makefile中“#”字符为注释，“”字符为取消回显（没有时，屏幕会显示运行的命令） gcc -o hello eg:ifneg($(KERNELRELEASE) # KERNELRELEASE不为空执行elseobj m ：=usbmodule.o #-m 表示编译的是内核模块，后面的为模块的名称usbmodule objs= file1.o file1.o file1.o #定义变量else KDIR ：=/lib/modules/2.6.29-53.e15/build #定义变量all: make C $(KDIR) M=$(pwd)

49、modulesclear: rm f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *symversendif编译后生成.ko文件为内核模块文件。图10 内核模块编译4.4.2 安装和卸载内核模块加载内核模块 #modprobe usbmodule.ko图11安装和卸载内核模块a卸载内核模块 #rmmod usbmodule.ko查看内核模块 #lsmod usbmodule.ko图12 安装和卸载内核模块b4.5 Linux内核配置与安装Linux内核具有可定制的优点，具体步骤如下：1. 清除临时文件、中间文件和配置文件： rootlocalhost Linux-2.6.29#make

50、distclean图13 Linux内核配置与安装a 2.确定目标系统软硬件的配置情况，如CPU类型、网卡的型号、所支持的网络协议等 3.使用如下命令配置内核: rootlocalhost Linux-2.6.29#ls arootlocalhost Linux-2.6.29#make menuconfig图14 Linux内核配置与安装b进入后左右键在个选项间移动，enter进入子菜单，每个选项上的高亮是键盘上的快捷方式，空格可更改默认选项。（*表示编译进内核，M表示编译进内核模块，空为不编译）。可在arch/arm/configs下找到相应的文件.config，可将该文件拷贝到内核源代码的

51、根目录下（覆盖原有的.config）这样可以参照系统多该CPU进行的配置的模板，之后在此基础上定制内核。 4.编译内核：rootlocalhost Linux-2.6.29#make ZImage (内核小于512K)rootlocalhost Linux-2.6.29#make bzImage(内核大于512K)编译好的内核位于arch/arm/boot/下，为bzimage或zimage文件图15 Linux内核配置与安装c 5.编译内核模块：rootlocalhost Linux-2.6.29#make modules 6.安装内核模块：rootlocalhost Linux-2.6.2

52、9#make modules_install图16 Linux内核配置与安装d将生成的文件拷贝到/lib/modulse下，最后内核模块：/lib/modules/2.6.29/kernel/arch/arm/kernel图17 Linux内核配置与安装e7.制作init ramdisk rootlocalhost Linux-2.6.29#mkinitrd initrd 2.6.29 2.6.29 生成initrd 2.6.29文件图18 Linux内核配置与安装f8.安装内核：rootlocalhost Linux-2.6.29#cp arch/ram/boot/bzimage /boot

53、/mylinux-2.6.299.安装内核模块：rootlocalhost Linux-2.6.29#cp initrd 2.6.29 /boot/图19 Linux内核配置与安装g东华理工大学长江学院毕业设计 第五章 Linux USB系统与功能 第五章Linux USB系统与功能测试5.1 USB协议软件层次Clinet SW(客服软件)USB system SW(客服软件)USB Host Controller（主控器）USB Bus Interface(硬件层)USB logical Device(逻辑设备)Function(功能层)主机设备图20 USB协议软件层次USB 体系在实现

54、时采用分层的结构， 能直接访问 USB总线，而必须通过 USB 系统软件和 USB 主机控制器来访问 USB 总线，在 USB总线上和 USB 设备进行通讯。从逻辑上可以分为功能层、设备层和总 线接口层三个层次。其中功能层完 成功能级的描述、定义和行为；设备级则完成从功能级到传输级的转换，把一次功能级的行为转换为一 次一次的基本传输；USB 总线接口层则处理总线上的Bit 流，完成数据传输的物理层实现和总线管理。途中黑色箭头代表真实的数据流，灰色箭头代表逻辑上的通讯。 USB 系统中数据的传输，宏观的看来是在 HOST 和 USB 功能设备之间进行；微观的看是 在应用软件的 Buffer 和

55、USB 功能设备的端点之 间进行。一般来说端点都有 Buffer，可以认为 USB 通讯就是应用软件 Buffer 和设备端点 Buffer 之间的数据交换，交换的通道称为管道。应用软 件通过和设备之间的数据交换来完成设备的控 制和数据传输。通常需要多个管道来完成数据交 换，因为同一管道只支持一种类型的数据传输。 用在一起来对设备进行控制的若干管道称为设 备的接口，这就是端点、管道和接口的关系。一个 USB 设备可以包括若干个端点，不同的端点以端点编号和方向区分。不同端点可以支 持不同的传输类型、访问间隔以及最大数据包大 小。除端点 0 外，所有的端点只支持一个方向的 数据传输。端点 0 是一

56、个特殊的端点，它支持双 向的控制传输。管道和端点关联，和关联的端点 有相同的属性，如支持的传输类型、最大包长度、传输方向等。5.2 Linux USB架构USB设备驱动USB核心（USB协议）USB主控器USB控制器Gadget APIGadge驱动运行Linux的主机运行Linux的设备USB主控器器驱动（UHCI、OHCI、EHCI）UDC驱动图21 Linux USB架构5.3 MassStorsge为内核配置MassStorage， 配置之后让开发板支持MassStorage功能，可以识别U盘，开发板作为主控器rootlocalhost Linux-2.6.29# setup图22 内

57、核配置MassStorage-a配置支持热拔插General setup *configure stand kernel fentures *support for hot-pluggable devices(NEW)图23 内核配置MassStorage-b配置支持U盘格式Device Drivers SCSI device support SCSI device SCSI device support SCSI generic图24 内核配置MassStorage-c配置对USB的支持Device Drivers USB support support for Host-side usb

58、*USB device filesystem OHCI HCD support USB Mass Storage support *USB monitor图25 内核配置MassStorage-d配置对windows文件系统的支持File system Dos/FAT/NT filesystem MsDOS VFATPartitioniyrs *PC BOS Support simplified Chinese NLS UTF8Mass Storage功能测试图26 内核配置MassStorage-e图27 内核配置MassStorage-f图28 内核配置MassStorage-g5.4 U

59、SB-HID为内核配置USBHID配置对USB的支持Device Drivers USB support support for Host-side usb *USB device filesystem OHCI HCD support USB Mass Storage support *USB monitorHID devicesUSB Human Interface Device图29 内核配置USBHID a图30 内核配置USBHID b图31 内核配置USBHID c图32 内核配置USBHID d东华理工大学长江学院毕业设计 第六章 Linux USB鼠标驱动程序设计第六章Linu

60、x USB鼠标驱动程序设计6.1 USB鼠标驱动程序分析USB设备包括配置、接口、端点、而USB驱动程序设计对应一个USB接口而非整个USB设备。Device 设备Config 配置Interface 接口端点 Endpoint端点 EndpointUSB 驱动图33 USB设备Linux内核中使用Struct usb_driver结构体描述USb驱动，在Struct usb_driver结构体中又定义了usb_device_descriptor来描述USb设备描述符。static struct usb_driver usb_mouse_driver = .name= usbmouse, /* 驱动名 */.probe= usb_mouse_probe, /* 捕获函数 */.disconnect= usb_mouse