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编写Linux下usb设备驱动方法：probe函数中要完成的任务

news 2025/8/26 11:00:14

一. 简介

前一篇文章简单学习了 Linux下usb设备驱动实现流程，文章如下：

编写Linux下usb设备驱动方法：usb设备驱动实现流程-CSDN博客

本文来学习一下 usb设备驱动的 probe函数要完成的任务。

当usb主控制器检测到设备与驱动相匹配时，就会执行usb的 probe函数。

二. 如何编写Linux下usb设备驱动

在 Linux 下编写 USB 设备驱动，是嵌入式开发和硬件交互中的核心技能。Linux 提供了完善的 USB 子系统，采用分层架构，开发者只需编写 设备驱动（Client Driver） 层，注册到 USB Core，即可实现与设备的通信。

usb应用与usb驱动框架调用如下图：

1. usb设备驱动的核心概念

(1) USB 设备模型：Linux 内核将 USB 设备抽象为「设备（device）」和「驱动（driver）」，通过总线（bus）进行匹配（基于厂商 ID、产品 ID 等）。

(2) 核心结构体

struct usb_driver：驱动的核心结构体，包含驱动名称、匹配规则、探测 / 断开函数等。struct usb_driver 结构体只是负责找到usb设备，管理usb设备连接和断开的作用。

struct usb_interface：表示 USB 设备的一个接口（一个设备可能有多个接口）。
struct usb_endpoint_descriptor：端点描述符，描述 USB 设备的通信端点（数据传输的通道）。
urb（USB Request Block）：USB 数据传输的核心结构，用于异步传输数据。

2. 了解目标 USB 设备的信息

在编写驱动前，需通过工具获取设备的关键信息（用于驱动匹配）：

厂商 ID（idVendor）和产品 ID（idProduct）：通过 lsusb 命令查看（例如：Bus 001 Device 005: ID 1234:5678 VendorName）。

端点配置：通过 "lsusb -v -d 厂商ID:产品ID" 查看端点类型（控制 / 批量 / 中断 / 等时）、地址、最大包大小等。

注意：因为在编写 usb设备驱动时，需要配置 id_table，具体配置usb设备的 PID和 VID值。

三. 编写Linux下usb设备驱动的方法

1. 定义 usb驱动元数据：`struct usb_driver`

这是驱动的入口，它告诉这个USB设备驱动驱动支持哪些设备，以及回调函数是什么：

static struct usb_driver my_usb_driver = {.name = "my_usb_driver",    //usb驱动名称.probe = my_probe,          //当驱动匹配时调用的函数.disconnect  = my_disconnect,//当设备断开时调用的函数.id_table = my_id_table,     //该驱动支持的设备ID列表
};

2. 定义支持的设备：id_table

这是一个 struct usb_device_id 数组，用于列出驱动程序支持的所有 USB 设备。内核通过 Vendor ID (VID) 和 Product ID (PID) 来匹配设备：

static struct usb_device_id my_id_table[] = {{ USB_DEVICE(0x1234, 0xa1a2) }, //支持的usb设备VID和PID{}                              //列表结束标志
};
//将设备ID表导出到内核，用于模块加载时内核识别该驱动支持的设备
MODULE_DEVICE_TABLE(usb, my_id_table);

3. 实现 probe函数

当 USB主控制器驱动发现一个设备与你的 id_table 匹配时，就会调用 probe函数。probe函数的主要任务：

(1) 分配与初始化驱动私有数据结构：使用 `kzalloc` 或 `devm_kzalloc`。

分配私有数据内存：使用 kzalloc 分配内存（确保初始化为 0，避免野指针）。
关联核心对象：将 usb_device、usb_interface 等核心结构体指针存入私有数据（需通过 usb_get_dev 增加设备引用计数，确保设备不被意外释放）。
初始化关键成员：如数据传输缓冲区大小、URB 指针初始化为 NULL 等。

(2) 初始化数据传输机制（URB 准备）

USB 设备的核心功能是数据传输，probe 函数需为传输准备好 URB（USB Request Block，USB 请求块）—— 内核中 USB 传输的 “载体”：

分配 URB：通过 usb_alloc_urb 分配与端点类型匹配的 URB（如中断端点用 usb_alloc_urb(0, ...)，等时端点需指定 iso 包数量）。
填充 URB：根据端点类型调用对应的填充函数（如中断端点用 usb_fill_int_urb，批量端点用 usb_fill_bulk_urb），设置传输方向、缓冲区、完成回调函数等。
关联 URB 与私有数据：将私有数据设为 URB 的 context，便于回调函数中访问设备资源。