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本文將詳細(xì)介紹Linux系統(tǒng)中的USB驅(qū)動(dòng)，包括其基本概念、架構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程以及常見(jiàn)問(wèn)題解決等
一、USB基本概念 USB（Universal Serial Bus，通用串行總線(xiàn)）是一種廣泛使用的接口標(biāo)準(zhǔn)，用于連接計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備
它以其熱插拔、易用性和數(shù)據(jù)傳輸速度等特性而受到歡迎
USB設(shè)備類(lèi)型眾多，包括U盤(pán)、MP3播放器、攝像頭等
USB系統(tǒng)采用了主從結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)交換只能發(fā)生在主機(jī)與從機(jī)設(shè)備之間，主機(jī)與主機(jī)之間或從機(jī)與從機(jī)之間不能直接通信
OTG（On-The-Go）協(xié)議是一種例外，它允許設(shè)備在主從角色之間切換
所有從機(jī)設(shè)備都必須通過(guò)集線(xiàn)器（Hub）連接到主機(jī)，集線(xiàn)器不僅可以擴(kuò)展更多接口，還可以幫助管理設(shè)備的連接
二、Linux USB驅(qū)動(dòng)架構(gòu) Linux內(nèi)核支持兩種主要類(lèi)型的USB驅(qū)動(dòng)程序：USB主機(jī)（Host）驅(qū)動(dòng)程序和USB設(shè)備（Device）驅(qū)動(dòng)程序
1.USB主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序：負(fù)責(zé)控制插入主機(jī)中的USB設(shè)備
這些驅(qū)動(dòng)程序處理設(shè)備的枚舉、配置、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)
2.USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：負(fù)責(zé)控制設(shè)備如何與主機(jī)進(jìn)行通信
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序具體控制設(shè)備的行為，例如U盤(pán)（塊設(shè)備）、鍵盤(pán)鼠標(biāo)（輸入子系統(tǒng)）、網(wǎng)卡和USB虛擬串口（TTY）等設(shè)備
在Linux驅(qū)動(dòng)架構(gòu)中，USB系統(tǒng)硬件框架從底層到上層依次為：USB主機(jī)控制器硬件、USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)、USB核心層、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)層
- USB主機(jī)控制器硬件：直接與USB設(shè)備通信的硬件接口
- USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)：控制和管理主機(jī)控制器硬件的軟件層
- USB核心層（USB Core）：處于USB驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的核心位置，向上為USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供編程接口，向下為USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)提供編程接口
USB核心層維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的USB設(shè)備信息，完成設(shè)備熱插拔控制、總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸控制等任務(wù)
- USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)層：最上層的軟件層，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)具體的USB設(shè)備
三、USB設(shè)備構(gòu)成 USB通信的最基本形式是端點(diǎn)（Endpoint）
每個(gè)USB設(shè)備都包含多個(gè)端點(diǎn)，端點(diǎn)被捆綁為接口（Interface），一個(gè)接口對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)
復(fù)雜設(shè)備（例如復(fù)合設(shè)備）包含多個(gè)接口，因此需要匹配多個(gè)驅(qū)動(dòng)
接口進(jìn)一步被捆綁為配置（Configuration），設(shè)備通過(guò)不同的配置提供不同的功能組合
每個(gè)USB設(shè)備都有一個(gè)唯一的7位從機(jī)地址（不包括0地址），而每個(gè)端點(diǎn)由設(shè)備地址和端點(diǎn)號(hào)共同決定
主機(jī)通過(guò)端點(diǎn)與設(shè)備進(jìn)行通信，以使用設(shè)備的功能
端點(diǎn)具有特定的屬性，如傳輸方式、方向（輸入或輸出）、總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)頻率、帶寬、端點(diǎn)號(hào)和數(shù)據(jù)包的最大容量等
四、USB數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程 USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程依賴(lài)于包（Packet）和事務(wù)（Transaction）的概念
總線(xiàn)上流動(dòng)的數(shù)據(jù)按照包來(lái)解釋?zhuān)煌陌鼧?gòu)成傳輸事務(wù)，一個(gè)或多個(gè)事務(wù)完成用戶(hù)所需的傳輸
USB協(xié)議定義了四種數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型：控制傳輸（Control Transfer）、中斷傳輸（Interrupt Transfer）、批量傳輸（Bulk Transfer）和同步傳輸（Isochronous Transfer）
- 控制傳輸：用于設(shè)備枚舉、配置、命令等低帶寬、高可靠性的傳輸
- 中斷傳輸：用于設(shè)備狀態(tài)的周期性更新，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備
- 批量傳輸：用于大量數(shù)據(jù)的傳輸，如U盤(pán)、打印機(jī)等
- 同步傳輸：用于需要恒定傳輸速率和低延遲的設(shè)備，如音頻和視頻設(shè)備
在Linux內(nèi)核中，USB代碼通過(guò)URB（USB Request Block）與所有USB設(shè)備通信
URB是一種異步的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，由USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建并提交給USB核心，再由USB核心遞交到特定設(shè)備的特定USB主控器驅(qū)動(dòng)程序處理
完成數(shù)據(jù)傳輸后，USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序通知USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
五、Linux USB驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在Linux USB驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)中，幾個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)起到重要作用： - struct usb_device：表示一個(gè)USB設(shè)備
- struct usb_device_descriptor：描述設(shè)備的詳細(xì)信息，如供應(yīng)商ID（VID）、產(chǎn)品ID（PID）等
- struct usb_host_config：表示設(shè)備的配置信息
- struct usb_config_descriptor：描述設(shè)備的配置詳細(xì)信息
- struct usb_interface：表示設(shè)備的接口
- struct usb_interface_descriptor：描述接口的信息
- struct usb_endpoint_descriptor：描述端點(diǎn)的信息
六、USB設(shè)備的sysfs和proc表示 Linux通過(guò)sysfs和proc文件系統(tǒng)提供USB設(shè)備的信息
sysfs設(shè)備命名方案為：根集線(xiàn)器-集線(xiàn)器端口號(hào):配置.接口，例如`/sys/devices/pci0000:00/xxx/usb2/2-1/2-1:1.0`
sysfs中的信息限于接口級(jí)別，若要查看設(shè)備的可選配置、接口相關(guān)的具體信息（如端點(diǎn)），可以從usbfs文件系統(tǒng)找到，該系統(tǒng)掛載到`/proc/bus/usb/`目錄
七、常見(jiàn)問(wèn)題解決 1.USB設(shè)備無(wú)法識(shí)別： - 檢查設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是否正確加載
- 檢查設(shè)備連接是否穩(wěn)定，是否松動(dòng)或連接錯(cuò)誤
- 檢查系統(tǒng)服務(wù)`Universal Plug and Play Device Host`是否啟用
- 嘗試重啟電腦或在安全模式下重啟
2.USB設(shè)備連接不穩(wěn)定： - 檢查USB接口和數(shù)據(jù)線(xiàn)是否損壞
- 嘗試使用其他USB端口或數(shù)據(jù)線(xiàn)
- 檢查是否由于靜電干擾，嘗試放靜電操作
3.數(shù)據(jù)傳輸速度慢： - 檢查USB設(shè)備是否支持高速或超高速傳輸
- 檢查集線(xiàn)器是否限制了數(shù)據(jù)傳輸速度
- 嘗試使用其他USB端口或更短的USB數(shù)據(jù)線(xiàn)
4.設(shè)備沖突或資源占用： - 檢查系統(tǒng)是否有其他設(shè)備占用USB資源
- 檢查是否有驅(qū)動(dòng)沖突，嘗試卸載并重新安裝驅(qū)動(dòng)
通過(guò)深入了解Linux的USB驅(qū)動(dòng)架構(gòu)和機(jī)制，可以更有效地管理和解決USB設(shè)備相關(guān)的問(wèn)題，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能
希望本文能夠?yàn)槟贚inux下管理USB設(shè)備提供有益的參考
