linux 设备驱动开发详解（LinuxUSB驱动开发实例）

Spac5xx的实现是按照标准的USB VIDEO设备的驱动框架编写（其具体的驱动框架可参照/usr/src/LINUX/drivers/usb/usbvideo.c文件），整个源程序由四个主体部分组成：

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设备模块的初始化模块和卸载模块，上层软件接口模块，数据传输模块。

具体的模块分析如下：

一、初始化设备模块

该驱动采用了显式的模块初始化和消除函数，即调用module_init来初始化一个模块，并在卸载时调用moduel-exit函数

其具体实现如下：

1、模块初始化：总结送免费学习资料（包含视频、技术学习路线图谱、文档等）

2、模块卸载：

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关键数据结构 USB驱动结构，即插即用功能的实现

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用两个函数调用spca5xx_probe 和spca5xx_disconnect来支持USB设备的即插即用功能：a -- spca5xx_probe具体实现如下：

static void * spca5xx_probe (struct usb_device *dev, unsigned int ifnum, const struct usb_device_id *id) { struct usb_interface_descriptor *interface; //USB设备接口描述符 struct usb_spca50x *spca50x; //物理设备数据结构 int err_probe; int i; if (dev->descriptor.bNumConfigurations != 1) //探测设备是不是可配置 goto nodevice; if (ifnum > 0) goto nodevice; interface = &dev->actconfig->interface[ifnum].altsetting[0]; MOD_INC_USE_COUNT; interface = &intf->altsetting[0].desc; if (interface->bInterfaceNumber > 0) goto nodevice; if ((spca50x = kmalloc (sizeof (struct usb_spca50x), GFP_KERNEL)) == NULL) //分配物理地址空间 { err ("couldn't kmalloc spca50x struct"); goto error; } memset (spca50x, 0, sizeof (struct usb_spca50x)); spca50x->dev = dev; spca50x->iface = interface->bInterfaceNumber; if ((err_probe = spcaDetectCamera (spca50x)) < 0) //具体物理设备查找，匹配厂商号，设备号（在子程序中） { err (" Devices not found !! "); goto error; } PDEBUG (0, "Camera type %s ", Plist[spca50x->cameratype].name) for (i = 0; i < SPCA50X_NUMFRAMES; i ) init_waitqueue_head (&spca50x->frame[i].wq); //初始化帧等待队列 init_waitqueue_head (&spca50x->wq); //初始化驱动等待队列 if (!spca50x_configure (spca50x)) //物理设备配置（主要完成传感器侦测和图形参数配置），主要思想是给控制寄存器写值，读回其返回值，以此判断具体的传感器型号 { spca50x->user = 0; init_MUTEX (&spca50x->lock); //信号量初始化 init_MUTEX (&spca50x->buf_lock); spca50x->v4l_lock = SPIN_lock_UNLOCKED; spca50x->buf_state = BUF_NOT_ALLOCATED; } else { err ("Failed to configure camera"); goto error; } /* Init video stuff */ spca50x->vdev = video_device_alloc (); //设备控制块内存分配 if (!spca50x->vdev) goto error; memcpy (spca50x->vdev, &spca50x_template, sizeof (spca50x_template)); //系统调用的挂接，在此将驱动实现的系统调用，挂到内核中 video_set_drvdata (spca50x->vdev, spca50x); if (video_register_device (spca50x->vdev, VFL_TYPE_GRABBER, video_nr) < 0) { //video设备注册 err ("video_register_device failed"); goto error; } spca50x->present = 1; if (spca50x->force_rgb) info ("data format set to RGB"); spca50x->task.sync = 0; spca50x->task.routine = auto_bh; spca50x->task.data = spca50x; spca50x->bh_requested = 0; MOD_DEC_USE_COUNT; //增加模块使用数 return spca50x; //返回数剧结构 error://错误处理 if (spca50x->vdev) { if (spca50x->vdev->minor == -1) video_device_release (spca50x->vdev); else video_unregister_device (spca50x->vdev); spca50x->vdev = NULL; } if (spca50x) { kfree (spca50x); spca50x = NULL; } MOD_DEC_USE_COUNT; return NULL; nodevice: return NULL; }

b -- Spca5xx_disconnect 的具体实现如下：总结送免费学习资料（包含视频、技术学习路线图谱、文档等）

static void spca5xx_disconnect (struct usb_device *dev, void *ptr) { struct usb_spca50x *spca50x = (struct usb_spca50x *) ptr; int n; MOD_INC_USE_COUNT; //增加模块使用数 if (!spca50x) return; down (&spca50x->lock); //减少信号量 spca50x->present = 0; //驱动卸载置0 for (n = 0; n < SPCA50X_NUMFRAMES; n ) //标示所有帧ABORTING状态 { spca50x->frame[n].grabstate = FRAME_ABORTING; spca50x->curframe = -1; } for (n = 0; n < SPCA50X_NUMFRAMES; n ) //唤醒所有等待进程 { if (waitqueue_active (&spca50x->frame[n].wq)) wake_up_interruptible (&spca50x->frame[n].wq); if (waitqueue_active (&spca50x->wq)) wake_up_interruptible (&spca50x->wq); } spca5xx_kill_isoc(spca50x); //子函数终止URB包的传输 PDEBUG (3,"Disconnect Kill isoc done"); up (&spca50x->lock); //增加信号量 while(spca50x->user) /如果还有进程在使用，进程切换 schedule(); down (&spca50x->lock); if (spca50x->vdev) { video_unregister_device (spca50x->vdev); //注销video设备 usb_driver_release_interface (&spca5xx_driver,&spca50x->dev->actconfig->interface[spca50x->iface]); //端口释放 spca50x->dev = NULL; } up (&spca50x->lock); #ifdef CONFIG_PROC_FS destroy_proc_spca50x_cam (spca50x); //注销PROC文件 #endif /* CONFIG_PROC_FS */ if (spca50x && !spca50x->user) //释放内存空间 { spca5xx_dealloc (spca50x); kfree (spca50x); spca50x = NULL; } MOD_DEC_USE_COUNT; //减少模块记数 PDEBUG (3, "Disconnect complete"); }

二、上层软件接口模块：

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该模块通过file_operations数据结构，依据V4L协议规范，实现设备的关键系统调用，实现设备文件化的UNIX系统设计特点。作为摄像头驱动，其功能在于数据采集，而没有向摄像头输出的功能，因此在源码中没有实现write系统调用。

其关键的数据结构如下：

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1． Open功能

完成设备的打开和初始化，并初始化解码器模块。其具体实现如下：

static int spca5xx_open(struct video_device *vdev, int flags) { struct usb_spca50x *spca50x = video_get_drvdata (vdev); int err; MOD_INC_USE_COUNT; //增加模块记数 down (&spca50x->lock); err = -ENODEV; if (!spca50x->present) //检查设备是不是存在，有不有驱动，是不是忙 goto out; err = -EBUSY; if (spca50x->user) goto out; err = -ENOMEM; if (spca50x_alloc (spca50x)) goto out; err = spca50x_init_source (spca50x); //初始化传感器和解码模块,在此函数的实现中，对每一款DSP芯片的初始化都不一样，对中星微301P的DSP芯片的初始化在子函数zc3xx_init，其实现方法为寄存器填值。 if (err != 0) { PDEBUG (0, "DEALLOC error on spca50x_init_source\n"); up (&spca50x->lock); spca5xx_dealloc (spca50x); goto out2; } spca5xx_initDecoder(spca50x); //解码模块初始化，其模块的具体实现采用的是huffman算法 spca5xx_setFrameDecoder(spca50x); spca50x->user ; err = spca50x_init_isoc (spca50x); //初始化URB(usb request block) 包，启动摄相头，采用同步传输的方式传送数据 if (err) { PDEBUG (0, " DEALLOC error on init_Isoc\n"); spca50x->user--; spca5xx_kill_isoc (spca50x); up (&spca50x->lock); spca5xx_dealloc (spca50x); goto out2; } spca50x->brightness = spca50x_get_brghtness (spca50x) << 8; spca50x->whiteness = 0; out: up (&spca50x->lock); out2: if (err) MOD_DEC_USE_COUNT; if (err) { PDEBUG (2, "Open failed"); } else { PDEBUG (2, "Open done"); } return err; }

2.Close功能

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完成设备的关闭，其具体过程是：

3、 Read功能

完成数据的读取，其主要的工作就是将数据由内核空间传送到进程用户空间

static long spca5xx_rea(struct video_device *dev, char * buf, unsigned long count,int noblock) { struct usb_spca50x *spca50x = video_get_drvdata (dev); int i; int frmx = -1; int rc; volatile struct spca50x_frame *frame; if(down_interruptible(&spca50x->lock)) //获取信号量 return -EINTR; if(!dev || !buf){//判断设备情况 up(&spca50x->lock); return -EFAULT; } if(!spca50x->dev){ up(&spca50x->lock); return -EIO; } if (!spca50x->streaming){ up(&spca50x->lock); return -EIO; } if((rc = wait_event_interruptible(spca50x->wq, //在指定的队列上睡眠，直到参数2的条件为真 spca50x->frame[0].grabstate == FRAME_DONE || spca50x->frame[1].grabstate == FRAME_DONE || spca50x->frame[2].grabstate == FRAME_DONE || spca50x->frame[3].grabstate == FRAME_DONE ))) { up(&spca50x->lock); return rc; } for (i = 0; i < SPCA50X_NUMFRAMES; i ) //当数据到来 if (spca50x->frame[i].grabstate == FRAME_DONE) //标识数已到 frmx = i; if (frmx < 0) { PDEBUG(2, "Couldnt find a frame ready to be read."); up(&spca50x->lock); return -EFAULT; } frame = &spca50x->frame[frmx]; PDEBUG (2, "count asked: %d available: %d", (int) count,(int) frame->scanlength); if (count > frame->scanlength) count = frame->scanlength; if ((i = copy_to_user (buf, frame->data, count))) //实现用户空间和内核空间的数据贝 { PDEBUG (2, "Copy failed! %d bytes not copied", i); up(&spca50x->lock); return -EFAULT; } /* Release the frame */ frame->grabstate = FRAME_READY; //标识数据已空 up(&spca50x->lock); return count;//返回拷贝的数据数 }

4、Mmap功能

实现将设备内存映射到用户进程的地址空间的功能，其关键函数是remap_page_range，其具体实现如下：

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5、Ioctl功能：

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实现文件信息的获取功能

spca5xx_do_ioctl函数的实现依赖于不同的硬件，本驱动为了支持多种芯片，实现程序过于繁琐，其主要思想是通过copy_to_user(arg,b,sizeof(struct video_capability)函数将设备信息传递给用户进程。

三、数据传输模块

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源程序采用tasklet来实现同步快速传递数据，并通过spcadecode.c上的软件解码模块实现图形信息的解码。此模块的入口点挂节在spca_open函数中，其具体的函数为spca50x_init_isoc。当设备被打开时，同步传输数据也已经开始，并通过spca50x_move_data函数将数据传递给驱动程序，驱动程序通过轮询的办法实现对数据的访问。

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值得一提的是spcadecode.c上解码模块将原始压缩图形数据流yyuyv，yuvy， jpeg411，jpeg422解码为RGB图形，但此部分解压缩算法的实现也依赖于压缩的格式，归根结底依赖于DSP（数字处理芯片）中的硬件压缩算法。总结送免费学习资料（包含视频、技术学习路线图谱、文档等）

四．USB CORE的支持

LINUX下的USB设备对下层硬件的操作依靠系统实现的USB CORE层，USB CORE对上层驱动提供了众多函数接口如：usb_control_msg，usb_sndctrlpipe等，其中最典型的使用为源码中对USB端点寄存器的读写函数spca50x_reg_write和spca50x_reg_read等，具体实现如下：（举spca50x_reg_write的实现，其他类似）

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总结；

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