USB設(shè)備越來越多，而Linux在硬件配置上仍然沒有做到完全即插即用，對(duì)于Linux怎樣配置和使用他們，也越來越成為困擾我們的一大問題。本文分兩部分著力從Linux系統(tǒng)下設(shè)備驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)，去闡述怎樣去使用和配置以及怎樣編制USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)。對(duì)于一般用戶，可以使我們明晰Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)專業(yè)論壇linuxdriver.cn方式，為更好地配置和使用USB設(shè)備提供了方便；而對(duì)于希望開發(fā)Linux系統(tǒng)下USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)的程序員，提供了初步學(xué)習(xí)USB驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的機(jī)會(huì)。
前言
USB是英文"Universal?Serial?Bus"的縮寫，意為"通用串行總線"。是由Compaq(康柏)、DEC、IBM、Intel、NEC、微軟以及Northern?Telecom（北方電訊）等公司于1994年11月共同提出的，主要目的就是為了解決接口標(biāo)準(zhǔn)太多的弊端。USB使用一個(gè)4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭，并通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接頭，采用菊花瓣形式把所有外設(shè)連接起來，它采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，目前最大數(shù)據(jù)傳輸率為12Mbps,?支持多數(shù)據(jù)流和多個(gè)設(shè)備并行操作，允許外設(shè)熱插拔。
目前USB接口雖然只發(fā)展了2代（USB1.0/1.1，USB2.0），但是USB綜合了一個(gè)多平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的所有優(yōu)點(diǎn)?--?包括降低成本，增加兼容性，可連接大量的外部設(shè)備，融合先進(jìn)的功能和品質(zhì)。使其逐步成為PC接口標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入了高速發(fā)展期。
那么對(duì)于使用Linux系統(tǒng)，正確支持和配置常見的USB設(shè)備，就是其使用必不可少的關(guān)鍵一步。
相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)
模塊（驅(qū)動(dòng)程序）
模塊（module）是在內(nèi)核空間運(yùn)行的程序，實(shí)際上是一種目標(biāo)對(duì)象文件，沒有鏈接，不能獨(dú)立運(yùn)行，但是可以裝載到系統(tǒng)中作為內(nèi)核的一部分運(yùn)行，從而可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)充內(nèi)核的功能。模塊最主要的用處就是用來實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。?
Linux下對(duì)于一個(gè)硬件的驅(qū)動(dòng)，可以有兩種方式：直接加載到內(nèi)核代碼中，啟動(dòng)內(nèi)核時(shí)就會(huì)驅(qū)動(dòng)此硬件設(shè)備。另一種就是以模塊方式，編譯生成一個(gè).o文件。當(dāng)應(yīng)用程序需要時(shí)再加載進(jìn)內(nèi)核空間運(yùn)行。所以我們所說的一個(gè)硬件的驅(qū)動(dòng)程序，通常指的就是一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。
設(shè)備文件
對(duì)于一個(gè)設(shè)備，它可以在/dev下面存在一個(gè)對(duì)應(yīng)的邏輯設(shè)備節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)以文件的形式存在，但它不是普通意義上的文件，它是設(shè)備文件，更確切的說，它是設(shè)備節(jié)點(diǎn)。這個(gè)節(jié)點(diǎn)是通過mknod命令建立的，其中指定了主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)。主設(shè)備號(hào)表明了某一類設(shè)備，一般對(duì)應(yīng)著確定的驅(qū)動(dòng)程序；次設(shè)備號(hào)一般是區(qū)分不同屬性，例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作。這個(gè)設(shè)備號(hào)是從/proc/devices文件中獲得的，所以一般是先有驅(qū)動(dòng)程序在內(nèi)核中，才有設(shè)備節(jié)點(diǎn)在目錄中。這個(gè)設(shè)備號(hào)（特指主設(shè)備號(hào)）的主要作用，就是聲明設(shè)備所使用的驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備號(hào)是一一對(duì)應(yīng)的，當(dāng)你打開一個(gè)設(shè)備文件時(shí)，操作系統(tǒng)就已經(jīng)知道這個(gè)設(shè)備所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。
SCSI?設(shè)備
SCSI是有別于IDE的一個(gè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口?，F(xiàn)在大部分平板式掃描儀、CD-R刻錄機(jī)、MO光磁盤機(jī)等漸漸趨向使用SCSI接口，加之SCSI又能提供一個(gè)高速傳送通道，所以，接觸到SCSI設(shè)備的用戶會(huì)越來越多。Linux支持很多種的SCSI設(shè)備，例如：SCSI硬盤、SCSI光驅(qū)、SCSI磁帶機(jī)。更重要的是，Linux提供了IDE設(shè)備對(duì)SCSI的模擬（ide-scsi.o模塊），我們通常會(huì)就把IDE光驅(qū)模擬為SCSI光驅(qū)進(jìn)行訪問。因?yàn)樵贚inux中很多軟件都只能操作SCSI光驅(qū)。例如大多數(shù)刻錄軟件、一些媒體播放軟件。通常我們的USB存儲(chǔ)設(shè)備，也模擬為SCSI硬盤而進(jìn)行訪問。
Linux硬件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)
對(duì)于一個(gè)硬件，Linux是這樣來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的：首先，我們必須提供一個(gè).o的驅(qū)動(dòng)模塊文件（這里我們只說明模塊方式，其實(shí)內(nèi)核方式是類似的）。我們要使用這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，首先要加載運(yùn)行它（insmod?*.o）。這樣驅(qū)動(dòng)就會(huì)根據(jù)自己的類型（字符設(shè)備類型或塊設(shè)備類型，例如鼠標(biāo)就是字符設(shè)備而硬盤就是塊設(shè)備）向系統(tǒng)注冊(cè)，注冊(cè)成功系統(tǒng)會(huì)反饋一個(gè)主設(shè)備號(hào)，這個(gè)主設(shè)備號(hào)就是系統(tǒng)對(duì)它的唯一標(biāo)識(shí)（例如硬盤塊設(shè)備在/proc/devices中顯示的主設(shè)備號(hào)為3?，我們用ls?-l?/dev/had看到的主設(shè)備就肯定是3）。驅(qū)動(dòng)就是根據(jù)此主設(shè)備號(hào)來創(chuàng)建一個(gè)一般放置在/dev目錄下的設(shè)備文件（mknod命令用來創(chuàng)建它，它必須用主設(shè)備號(hào)這個(gè)參數(shù)）。在我們要訪問此硬件時(shí)，就可以對(duì)設(shè)備文件通過open、read、write等命令進(jìn)行。而驅(qū)動(dòng)就會(huì)接收到相應(yīng)的read、write操作而根據(jù)自己的模塊中的相應(yīng)函數(shù)進(jìn)行了。
其中還有幾個(gè)比較有關(guān)系的東西：一個(gè)是/lib/modules/2.4.XX目錄，它下面就是針對(duì)當(dāng)前內(nèi)核版本的模塊。只要你的模塊依賴關(guān)系正確（可以通過depmod設(shè)置），你就可以通過modprobe?命令加載而不需要知道具體模塊文件位置。?另一個(gè)是/etc/modules.conf文件，它定義了一些常用設(shè)備的別名。系統(tǒng)就可以在需要此設(shè)備支持時(shí)，正確尋找驅(qū)動(dòng)模塊。例如alias?eth0?e100，就代表第一塊網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)模塊為e100.o。他們的關(guān)系圖如下：（見圖一）

配置USB設(shè)備
內(nèi)核中配置.
要啟用?Linux?USB?支持，首先進(jìn)入"USB?support"節(jié)并啟用"Support?for?USB"選項(xiàng)（對(duì)應(yīng)模塊為usbcore.o）。盡管這個(gè)步驟相當(dāng)直觀明了，但接下來的?Linux?USB?設(shè)置步驟則會(huì)讓人感到糊涂。特別地，現(xiàn)在需要選擇用于系統(tǒng)的正確?USB?主控制器驅(qū)動(dòng)程序。選項(xiàng)是"EHCI"?（對(duì)應(yīng)模塊為ehci-hcd.o）、"UHCI"?（對(duì)應(yīng)模塊為usb-uhci.o）、"UHCI?(alternate?driver)"和"OHCI"?（對(duì)應(yīng)模塊為usb-ohci.o）。這是許多人對(duì)?Linux?的?USB?開始感到困惑的地方。?
要理解"EHCI"及其同類是什么，首先要知道每塊支持插入?USB?設(shè)備的主板或?PCI?卡都需要有?USB?主控制器芯片組。這個(gè)特別的芯片組與插入系統(tǒng)的?USB?設(shè)備進(jìn)行相互操作，并負(fù)責(zé)處理允許?USB?設(shè)備與系統(tǒng)其它部分通信所必需的所有低層次細(xì)節(jié)。?
Linux?USB?驅(qū)動(dòng)程序有三種不同的?USB?主控制器選項(xiàng)是因?yàn)樵谥靼搴?PCI?卡上有三種不同類型的?USB?芯片。"EHCI"驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)成為實(shí)現(xiàn)新的高速?USB?2.0?協(xié)議的芯片提供支持。"OHCI"驅(qū)動(dòng)程序用來為非?PC?系統(tǒng)上的（以及帶有?SiS?和?ALi?芯片組的?PC?主板上的）USB?芯片提供支持。"UHCI"驅(qū)動(dòng)程序用來為大多數(shù)其它?PC?主板（包括?Intel?和?Via）上的?USB?實(shí)現(xiàn)提供支持。只需選擇與希望啟用的?USB?支持的類型對(duì)應(yīng)的"?HCI"驅(qū)動(dòng)程序即可。如有疑惑，為保險(xiǎn)起見，可以啟用"EHCI"、"UHCI"?（兩者中任選一種，它們之間沒有明顯的區(qū)別）和"OHCI"。（趙明注：根據(jù)文檔，EHCI已經(jīng)包含了UHCI和OHCI，但目前就我個(gè)人的測(cè)試，單獨(dú)加EHCI是不行的，通常我的做法是根據(jù)主板類型加載UHCI或OHCI后，再加載EHCI這樣才可以支持USB2.0設(shè)備）。