linux下usb转串口驱动分析【转】

转自：http://blog.csdn.net/txxm520/article/details/8934706

首先说一下linux的风格，个人理解

1. linux大小结构体其实是面向对象的方法，（如果把struct 比作类，kmalloc就是类的实例化，结构体里面的函数指针就是方法，还有重构，多态）

2. 在linux里面，设备是对象，驱动也是对象，并且这两个是分开的

现在我们来看驱动的总体架构

并不用太在意这个图，对用户来说usb_serial设备就是普通的串口设备

我们可以看驱动里面几个主要的源代码文件

usb-serial.c  模块的主要实现

bus.c  usb_serial总线驱动，驱动和设备都要注册到这条总线上

generic.c 通用的用户驱动，用户如果写自己的驱动只需拿自己的实现代替generic.c的函数，一般这个驱动已经能适应大部分设备了

现在我们来看usb_serial模块的初始化过程

1. static int __init usb_serial_init(void)
2. {
3. int i;
4. int result;
5. usb_serial_tty_driver = alloc_tty_driver(SERIAL_TTY_MINORS);
6. if (!usb_serial_tty_driver)
7. return -ENOMEM;
8. /* Initialize our global data */
9. for (i = 0; i < SERIAL_TTY_MINORS; ++i)
10. serial_table[i] = NULL;
11. result = bus_register(&usb_serial_bus_type);
12. if (result) {
13. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering bus driver "
14. "failed\n", __func__);
15. goto exit_bus;
16. }
17. usb_serial_tty_driver->owner = THIS_MODULE;
18. usb_serial_tty_driver->driver_name = "usbserial";
19. usb_serial_tty_driver->name =    "ttyUSB";
20. usb_serial_tty_driver->major = SERIAL_TTY_MAJOR;
21. usb_serial_tty_driver->minor_start = 0;
22. usb_serial_tty_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;
23. usb_serial_tty_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;
24. usb_serial_tty_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW |
25. TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;
26. usb_serial_tty_driver->init_termios = tty_std_termios;
27. usb_serial_tty_driver->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD
28. | HUPCL | CLOCAL;
29. usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ispeed = 9600;
30. usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ospeed = 9600;
31. tty_set_operations(usb_serial_tty_driver, &serial_ops);
32. result = tty_register_driver(usb_serial_tty_driver);
33. if (result) {
34. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - tty_register_driver failed\n",
35. __func__);
36. goto exit_reg_driver;
37. }
38. /* register the USB driver */
39. result = usb_register(&usb_serial_driver);
40. if (result < 0) {
41. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - usb_register failed\n",
42. __func__);
43. goto exit_tty;
44. }
45. /* register the generic driver, if we should */
46. result = usb_serial_generic_register(debug);
47. if (result < 0) {
48. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering generic "
49. "driver failed\n", __func__);
50. goto exit_generic;
51. }
52. printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_DESC "\n");
53. return result;
54. exit_generic:
55. usb_deregister(&usb_serial_driver);
56. exit_tty:
57. tty_unregister_driver(usb_serial_tty_driver);
58. exit_reg_driver:
59. bus_unregister(&usb_serial_bus_type);
60. exit_bus:
61. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - returning with error %d\n",
62. __func__, result);
63. put_tty_driver(usb_serial_tty_driver);
64. return result;
65. }

1. static int __init usb_serial_init(void)
2. {
3. int i;
4. int result;
5. usb_serial_tty_driver = alloc_tty_driver(SERIAL_TTY_MINORS);
6. if (!usb_serial_tty_driver)
7. return -ENOMEM;
8. /* Initialize our global data */
9. for (i = 0; i < SERIAL_TTY_MINORS; ++i)
10. serial_table[i] = NULL;
11. result = bus_register(&usb_serial_bus_type);
12. if (result) {
13. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering bus driver "
14. "failed\n", __func__);
15. goto exit_bus;
16. }
17. usb_serial_tty_driver->owner = THIS_MODULE;
18. usb_serial_tty_driver->driver_name = "usbserial";
19. usb_serial_tty_driver->name =    "ttyUSB";
20. usb_serial_tty_driver->major = SERIAL_TTY_MAJOR;
21. usb_serial_tty_driver->minor_start = 0;
22. usb_serial_tty_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;
23. usb_serial_tty_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;
24. usb_serial_tty_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW |
25. TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;
26. usb_serial_tty_driver->init_termios = tty_std_termios;
27. usb_serial_tty_driver->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD
28. | HUPCL | CLOCAL;
29. usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ispeed = 9600;
30. usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ospeed = 9600;
31. tty_set_operations(usb_serial_tty_driver, &serial_ops);
32. result = tty_register_driver(usb_serial_tty_driver);
33. if (result) {
34. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - tty_register_driver failed\n",
35. __func__);
36. goto exit_reg_driver;
37. }
38. /* register the USB driver */
39. result = usb_register(&usb_serial_driver);
40. if (result < 0) {
41. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - usb_register failed\n",
42. __func__);
43. goto exit_tty;
44. }
45. /* register the generic driver, if we should */
46. result = usb_serial_generic_register(debug);
47. if (result < 0) {
48. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - registering generic "
49. "driver failed\n", __func__);
50. goto exit_generic;
51. }
52. printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_DESC "\n");
53. return result;
54. exit_generic:
55. usb_deregister(&usb_serial_driver);
56. exit_tty:
57. tty_unregister_driver(usb_serial_tty_driver);
58. exit_reg_driver:
59. bus_unregister(&usb_serial_bus_type);
60. exit_bus:
61. printk(KERN_ERR "usb-serial: %s - returning with error %d\n",
62. __func__, result);
63. put_tty_driver(usb_serial_tty_driver);
64. return result;
65. }

很简单

第一步 将usb_seria的TTY驱动注册进TTY驱动列表里面，以后调用open,write,read首先会调用tty驱动里面的函数，然后函数指针会指到用户自己定义的驱动里面，这应该是多态的一种应用吧，个人理解求指正

第二步 将usb_seria驱动注册进usb_core里面的驱动列表

只有usb_serial模块驱动，设备还不能正常工作，linux很好的把它分成了

分层一： usb_serial驱动，设备的大部分实现都在此

分层二： 用户驱动，不需要知道太多的细节，实现几个回调函数就能实现整个驱动功能。

generic.c 就是个通用的用户驱动模型，并且大部分设备都能兼容。

下面generic.c的模块初始化函数

1. int usb_serial_generic_register(int _debug)
2. {
3. int retval = 0;
4. debug = _debug;
5. #ifdef CONFIG_USB_SERIAL_GENERIC
6. generic_device_ids[0].idVendor = vendor;
7. generic_device_ids[0].idProduct = product;
8. generic_device_ids[0].match_flags =
9. USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR | USB_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT;
10. /* register our generic driver with ourselves */
11. retval = usb_serial_register(&usb_serial_generic_device);
12. if (retval)
13. goto exit;
14. retval = usb_register(&generic_driver);
15. if (retval)
16. usb_serial_deregister(&usb_serial_generic_device);
17. exit:
18. #endif
19. return retval;
20. }

1. int usb_serial_generic_register(int _debug)
2. {
3. int retval = 0;
4. debug = _debug;
5. #ifdef CONFIG_USB_SERIAL_GENERIC
6. generic_device_ids[0].idVendor = vendor;
7. generic_device_ids[0].idProduct = product;
8. generic_device_ids[0].match_flags =
9. USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR | USB_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT;
10. /* register our generic driver with ourselves */
11. retval = usb_serial_register(&usb_serial_generic_device);
12. if (retval)
13. goto exit;
14. retval = usb_register(&generic_driver);
15. if (retval)
16. usb_serial_deregister(&usb_serial_generic_device);
17. exit:
18. #endif
19. return retval;
20. }

第一步 首先确定自己的特征码，这里通过vendor 和 product表明自己是哪种设备的驱动

第二步 将用户驱动注册进usb_serial_bus总线,linux很喜欢这么搞……，通过总线来管理一类设备

第三步 将usb驱动注册进usb_core的驱动列表

有人会问，为什么usb会自动发现对应的驱动，这其实是个匹配的过程,linux里面叫probe

前面第一步是确定了驱动的匹配值，第二步和第三步都把驱动的匹配值注册进去

事实上前面第三步代码retval = usb_register(&generic_driver);就是为了把generic驱动注册进usb的驱动列表，当有设备插入时，会轮询到它，然后会调用此驱动的probe，就是下面的函数

1. static int generic_probe(struct usb_interface *interface,
2. const struct usb_device_id *id)
3. {
4. const struct usb_device_id *id_pattern;
5. id_pattern = usb_match_id(interface, generic_device_ids);
6. if (id_pattern != NULL)
7. return usb_serial_probe(interface, id);
8. return -ENODEV;
9. }

1. static int generic_probe(struct usb_interface *interface,
2. const struct usb_device_id *id)
3. {
4. const struct usb_device_id *id_pattern;
5. id_pattern = usb_match_id(interface, generic_device_ids);
6. if (id_pattern != NULL)
7. return usb_serial_probe(interface, id);
8. return -ENODEV;
9. }

最主要的还是调用usb_serial_probe(interface, id)函数

现在我们来看usb_serial_probe()的匹配过程
 

通过probe我们最终将/dev/ttySn设备和usb_serial_port对象绑定起来，我们对/dev/ttySn设备进行操作，对应tty驱动里面的

1. static const struct tty_operations serial_ops = {
2. .open =         serial_open,
3. .close =        serial_close,
4. .write =        serial_write,
5. .hangup =       serial_hangup,
6. .write_room =       serial_write_room,
7. .ioctl =        serial_ioctl,
8. .set_termios =      serial_set_termios,
9. .throttle =     serial_throttle,
10. .unthrottle =       serial_unthrottle,
11. .break_ctl =        serial_break,
12. .chars_in_buffer =  serial_chars_in_buffer,
13. .tiocmget =     serial_tiocmget,
14. .tiocmset =     serial_tiocmset,
15. .cleanup =      serial_cleanup,
16. .install =      serial_install,
17. .proc_fops =        &serial_proc_fops,
18. };

1. static const struct tty_operations serial_ops = {
2. .open =         serial_open,
3. .close =        serial_close,
4. .write =        serial_write,
5. .hangup =       serial_hangup,
6. .write_room =       serial_write_room,
7. .ioctl =        serial_ioctl,
8. .set_termios =      serial_set_termios,
9. .throttle =     serial_throttle,
10. .unthrottle =       serial_unthrottle,
11. .break_ctl =        serial_break,
12. .chars_in_buffer =  serial_chars_in_buffer,
13. .tiocmget =     serial_tiocmget,
14. .tiocmset =     serial_tiocmset,
15. .cleanup =      serial_cleanup,
16. .install =      serial_install,
17. .proc_fops =        &serial_proc_fops,
18. };

比如我们对/dev/ttySn进行写操作，write->serial_write

1. static int serial_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buf,
2. int count)
3. {
4. struct usb_serial_port *port = tty->driver_data;
5. int retval = -ENODEV;
6. if (port->serial->dev->state == USB_STATE_NOTATTACHED)
7. goto exit;
8. dbg("%s - port %d, %d byte(s)", __func__, port->number, count);
9. /* pass on to the driver specific version of this function */
10. retval = port->serial->type->write(tty, port, buf, count);
11. exit:
12. return retval;
13. }

1. static int serial_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buf,
2. int count)
3. {
4. struct usb_serial_port *port = tty->driver_data;
5. int retval = -ENODEV;
6. if (port->serial->dev->state == USB_STATE_NOTATTACHED)
7. goto exit;
8. dbg("%s - port %d, %d byte(s)", __func__, port->number, count);
9. /* pass on to the driver specific version of this function */
10. retval = port->serial->type->write(tty, port, buf, count);
11. exit:
12. return retval;
13. }

struct usb_serial_port *port = tty->driver_data;找到了这个tty对象所对应的port对象，

port对象里面有驱动信息，urb的缓冲区信息，最终调用的是我们写的用户驱动里面的write方法。

用户驱动通过信使URB将想要发送的数据发送出去。

总结：

通过分析usb 串口驱动可以推测出其他usb设备大致的工作方式，下一步将分析usb网卡的驱动。

linux复杂的代码结构其实是有面向对象的思想