專利名稱：基于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及USB人機接口設(shè)備及嵌入式Linux領(lǐng)域，具體涉及一種基 于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
USB (通用串行總線)是主機和外圍設(shè)備之間的外部總線連接方式。USB 以單一類型總線連接各種不同類型設(shè)備，主要是用于中速和高速外設(shè)，通 過PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。USB同時又是 一種通信協(xié)議規(guī)范，定義了一套任何特定類型的設(shè)備都可以遵循的標(biāo)準(zhǔn)， 用于支持主機(Host)和設(shè)備(slave device)之間的數(shù)據(jù)傳輸。USB總線 規(guī)范定義了人機接口設(shè)備(HID， Human Interface Device)類設(shè)備的規(guī)范， HID規(guī)范專門定義了人機接口設(shè)備和主機之間進行通信的協(xié)議。人機接口設(shè) 備不需要安裝專用的驅(qū)動程序，插入Windows、 Linux等操作系統(tǒng)能夠被自 動識別，通過系統(tǒng)自帶的HID設(shè)備類驅(qū)動與應(yīng)用程序建立通信，應(yīng)用程序 只需要訪問系統(tǒng)應(yīng)用程序接口就能訪問USB HID設(shè)備。
USB總線拓?fù)渲饕蓛蓚€組成部分主機和設(shè)備，相應(yīng)的，Linux內(nèi)核 支持兩種類型USB驅(qū)動程序主機系統(tǒng)(host)的驅(qū)動程序和設(shè)備(slave device)的從USB固件驅(qū)動程序。主機系統(tǒng)上來看，主機系統(tǒng)的USB驅(qū)動 程序控制插入其中的USB設(shè)備；USB設(shè)備上來看，從USB固件驅(qū)動程序控制 該設(shè)備如何作為一個從USB設(shè)備和主機通信-
現(xiàn)有Linux操作系統(tǒng)下的從USB固件驅(qū)動程序支持從USB串口設(shè)備類 和從USB以太網(wǎng)設(shè)備類兩種實現(xiàn)方法。在主機系統(tǒng)上，這兩種方法分別被 識別為虛擬串口設(shè)備和虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。但是使用上述兩種設(shè)計方法，在不 同的主機操作系統(tǒng)下，需要用戶開發(fā)驅(qū)動程序，才能實現(xiàn)USB外圍設(shè)備與 上行主機的通信，同時需要考慮不同操作系統(tǒng)下的兼容問題。此外，這兩 種方法都不支持熱插拔功能，當(dāng)設(shè)備插拔后，從設(shè)備端固件程序無法識別插拔事件和USB總線復(fù)位過程，導(dǎo)致從設(shè)備端固件無法對USB總線進行重 新初始化，進而導(dǎo)致主機和從USB設(shè)備無法進行通信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種基于嵌 入式Linux的從USB HID裝置和固件實現(xiàn)方法，其可以實現(xiàn)用戶無需開發(fā) 和安裝驅(qū)動程序而直接使用，不用考慮不同操作系統(tǒng)的兼容性問題。本發(fā) 明的目的還在于通過USB HID協(xié)議方式，在裝置和主機系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù) 通信。
本發(fā)明基于嵌入式Lirmx操作系統(tǒng)的從USB HID裝置是一個硬件控制 電路，包括處理器CPU、從USB控制芯片、DMA控制器、內(nèi)存控制器、電 源模塊、系統(tǒng)總線、內(nèi)部存儲器、非易失性存儲器；所述相關(guān)硬件模塊依 次連接；所述硬件控制電路通過USB總線與主機系統(tǒng)連接。
基于嵌入式Linux的從USB HID固件實現(xiàn)方法，主要是指運行在硬件 系統(tǒng)上的固件系統(tǒng)，即是運行于SoC控制電路的軟件系統(tǒng)。在本發(fā)明的固 件實現(xiàn)方法的設(shè)計上，主要由以下子系統(tǒng)構(gòu)成(1)嵌入式Linux操作系 統(tǒng)此操作系統(tǒng)采用基于硬件架構(gòu)的Linux內(nèi)核，針對硬件控制電路進行 了相關(guān)移植和配置，并選用合適的文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序，向固件系統(tǒng)提供 運行的軟件平臺；(2)從USB HID固件驅(qū)動程序；此固件驅(qū)動程序運行于 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間，根據(jù)從USB控制芯片規(guī)范，設(shè)計了符 合USB HID協(xié)議的設(shè)備驅(qū)動程序，并提供了USB總線動態(tài)監(jiān)測功能，向應(yīng) 用程序告知USB插拔事件消息；(3) USB通信控制程序USB通信控制程 序運行于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的用戶空間，調(diào)用Linux API (A卯licati on Programming Interface)操作從USB控制芯片，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)到US B總線，并接收USB插拔事件消息，重新啟動數(shù)據(jù)收發(fā)過程，進而提供熱插 拔功能。
利用上述基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的從USB HID固件實現(xiàn)方法，其 具體運行步驟如下
6(1) 嵌入式Linux操作系統(tǒng)運行于SoC控制電路中，啟動硬件設(shè)備， 引導(dǎo)嵌入式Linux操作系統(tǒng)，運行于硬件控制電路中，并為其他程序提供 運行和操作環(huán)境；
(2) 從USBHID固件驅(qū)動程序設(shè)置從USB控制芯片寄存器，并動態(tài)配 置設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端口描述和HID描述符；
(3) 啟動USB通信控制程序，初始化USB通信過程，準(zhǔn)備與主機系統(tǒng)
通信；
(4) USB通信控制程序檢測從USB HID固件驅(qū)動程序發(fā)送的USB插拔 事件消息，重新初始化USB通信過程；
(5) USB通信控制程序發(fā)送和收到主機的數(shù)據(jù)，交給需要此數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)處理程序；
(6) 主機操作系統(tǒng)的通用驅(qū)動程序讀取從USBHID裝置的所有描述符， 識別HID設(shè)備，準(zhǔn)備進行數(shù)據(jù)通信；
上述步驟中，步驟(1)所述嵌入式Linux操作系統(tǒng)采用2.6及以上版 本內(nèi)核，內(nèi)核主要由進程調(diào)度、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口和進 程通信等五個子系統(tǒng)組成，針對SoC硬件控制電路的CPU芯片類型和硬件 架構(gòu)，嵌入式Limix操作系統(tǒng)進行了相應(yīng)的移植和配置工作。嵌入式Linux 操作系統(tǒng)提供了運行時可擴展功能，當(dāng)操作系統(tǒng)啟動后可以向操作系統(tǒng)添 加設(shè)備驅(qū)動，從USB HID固件驅(qū)動程序采用了這種技術(shù)。Linux操作系統(tǒng)向 應(yīng)用程序提供了系統(tǒng)調(diào)用接口 API,并提供了用戶空間運行環(huán)境。
上述步驟中，步驟(2)所述固件驅(qū)動程序采用Linux模塊機制(見odule) 技術(shù)，可以被Limix內(nèi)核動態(tài)加載和釋放，固件程序使用Linux系統(tǒng)調(diào)用， 動態(tài)連接到Lirmx內(nèi)核或從Limix內(nèi)核中釋放。固件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)依次為 USB通信控制程序、Linux系統(tǒng)調(diào)用接口、虛擬文件系統(tǒng)、字符設(shè)備驅(qū)動接 口、從USB HID固件驅(qū)動程序、硬件部分。其中從USB HID固件驅(qū)動程序 的功能構(gòu)成包括(1)從USB控制芯片初始化與控制子模塊；(2)USB數(shù) 據(jù)接收子模塊；(3)USB數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊；(4) USB中斷服務(wù)子模塊；(5) USB字符驅(qū)動實現(xiàn)子模塊。Linux系統(tǒng)調(diào)用接口向應(yīng)用程序提供API調(diào)用； 虛擬文件系統(tǒng)向"rmx系統(tǒng)調(diào)用接口提供各種文件操作接口；字符設(shè)備驅(qū)動接口抽象各種字符設(shè)備操作，并向虛擬文件系鄉(xiāng)充注冊各種設(shè)備操作；從
USBHID固件驅(qū)動程序操作從USB控制芯片，完成相關(guān)的USB HID協(xié)議，并 向字符設(shè)備驅(qū)動接口注冊設(shè)備信息；硬件部分主要為含有從USB控制芯片 的硬件控制電路。
上述步驟中，步驟(3)所述USB通信控制程序是Linux應(yīng)用程序，調(diào) 用Linux API (Application Program Interface)完成USB的初始化、數(shù) 據(jù)讀寫操作、接收USB插拔事件消息和重新初始j七。
上述步驟中，步驟(4)所述USB通信控制程序的檢測功能采用線程技 術(shù)，此線程接收來自內(nèi)核空間從USB HID固件驅(qū)動程序的中斷服務(wù)子模塊 的插拔事件消息，對該消息進行分析并處理USB插拔事件，對USB設(shè)備進 行重新初始化。
上述步驟中，步驟(5)所述USB通信控制程序的數(shù)據(jù)收發(fā)功能調(diào)用Linux 系統(tǒng)API，調(diào)用系統(tǒng)讀函數(shù)讀取來自USB總線的數(shù)據(jù)，調(diào)用系統(tǒng)寫函數(shù)發(fā)送 數(shù)據(jù)到USB總線。數(shù)據(jù)收發(fā)功能實現(xiàn)了該裝置和主機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信， 數(shù)據(jù)通信過程采用USB HID協(xié)議。
上述步驟中，步驟(6)所述主機操作系統(tǒng)的通用驅(qū)動程序，讀取從USB 控制芯片的HID設(shè)備描述符，具體包括如下歩驟(1) USB設(shè)備插入主機， 主機査詢USB集線器獲得準(zhǔn)確的信息；(2)主*幾USB等待至少100毫秒， 讓設(shè)備供電處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后USB設(shè)備使能端口，并向USB設(shè)備發(fā)送復(fù) 位請求；(3)復(fù)位結(jié)束后，USB設(shè)備初始化寄存器，USB設(shè)備通過默認(rèn)地 址對總線標(biāo)準(zhǔn)請求進行響應(yīng)；(4) USB主機通過默認(rèn)地址獲取USB設(shè)備的 設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符、HID描述符；(5) USB主機對USB設(shè)備分配一個設(shè)備地址；(6)主機根據(jù)獲得的配置信息， 向USB設(shè)備發(fā)送配置請求，設(shè)備完成響應(yīng)后，完成設(shè)備枚舉過程。
本發(fā)明基于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法的優(yōu)點在 于為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于嵌入式Linux操作 系統(tǒng)的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了主機不用安裝專用的驅(qū)動 就可以識別和訪問該裝置，并提供了動態(tài)檢測插拔事件功能。本發(fā)明提供 的方法優(yōu)勢在于第一，在各操作系統(tǒng)下不用開發(fā)和安裝專用的驅(qū)動程序，當(dāng)裝置插入主機系統(tǒng)時，可以被主機操作系統(tǒng)識別，并直接利用操作系統(tǒng) 接口函數(shù)訪問該裝置；第二，實時監(jiān)測USB總線的連接狀態(tài)，識別插拔事 件，提供熱插拔功能，提高設(shè)備的易用性。第三，固件程序可以動態(tài)配置 USBHID描述符，使裝置不和鍵盤、鼠標(biāo)等常用設(shè)備沖突，主機可以更方便 的識別此裝置，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


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圖1是基于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法的硬件結(jié) 構(gòu)示意圖2是基于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法的固件系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3是基于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法的插拔事 件處理流程圖4是基于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法的USB通 信控制程序初始化的流程圖。
具體實施例方式
有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及詳細(xì)說明，現(xiàn)結(jié)合

如下
(1)圖1示出本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)，本發(fā)明是一種從USB HID裝置(100)。
其硬件結(jié)構(gòu)組成包括
(1.1) 從USBHID裝置(100)是一個SoC控制電路，包含處理器CPU (101)、從USB控制芯片(102) 、 DMA控制器(103)、內(nèi)存控制器(104)、
電源模塊(105)、內(nèi)部存儲器(106)、系統(tǒng)總線(107)、非易失性存儲 器(108)。
(1.2) 從USBHID裝置(100)通過供電線路(110)連接供電裝置， 供電線路(110)連接到電源模塊(105)，電源模塊(105)對從USB HID 裝置(100)的電路進行供電。此處的供電裝置可以是主機系統(tǒng)或者獨立的
供電電源。(1.3) 從USB HID裝置(100)可以是通過USB數(shù)據(jù)線(109)連接 上行計算機，上行計算機通過USB總線接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)到從USB HID 裝置(100)。此處的數(shù)據(jù)可以是任何二進制數(shù)據(jù)流，裝置和計算機通過此 數(shù)據(jù)迸行數(shù)據(jù)通信交互。
(1.4) 從USB控制芯片(102)通過USB總線與上行計算機連接。在 裝置內(nèi)部，從USB控制芯片(102)連接到系統(tǒng)總線(107)，其中處理器 CPU (101)通過系統(tǒng)總線(107)對從USB控制芯片(102)進行操作和配 置。從USB控制芯片(102)也可以通過DMA控制器(103)控制數(shù)據(jù)交換。 從USB控制芯片(102)可以動態(tài)配置，由軟件控制其配置行為。在本發(fā)明 中，此從USB控制芯片被配置為USB HID從設(shè)備，定義HID描述符時，類 別字段被設(shè)置為0x03 (HID類別)，使用的協(xié)議設(shè)置為Oxll (自定義類別)。
(1. 5)本發(fā)明的固件實現(xiàn)方法是指裝置的固件系統(tǒng)，即是運行于SoC 控制電路的軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)保存在非易失性存儲器(108)中，裝置上 電啟動后，軟件系統(tǒng)被搬移到內(nèi)部存儲器(106)中，并在處理器CPU(lOl) 上運行。軟件系統(tǒng)主要包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)、從USBHID控制芯 片的設(shè)備驅(qū)動程序和USB通信控制程序。
(2)圖2示出本發(fā)明的固件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成包括嵌入式Linux 操作系統(tǒng)、從USBHID固件驅(qū)動程序、USB通信控制程序。其中，從USBHID 固件驅(qū)動程序運行于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間，USB通信控制程序 運行于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的用戶空間。固件系統(tǒng)保存在硬件控制電路 的非易失性存儲器中，硬件控制電路上電啟動后，固件系統(tǒng)被搬移到內(nèi)存 中，并在CPU上運行。
本發(fā)明的嵌入式Linux操作系統(tǒng)提供從USB HID固件驅(qū)動程序的模塊 設(shè)置選項，在KConfig文件和Makefile中添加了 CONFIG—USB—HID宏定義， 用于編譯從USB HID固件驅(qū)動程序。配置CONFIG一USB一HID宏定義為模塊選 項，當(dāng)編譯Linux內(nèi)核時，從USB HID固件驅(qū)動程序被編譯成為一個驅(qū)動
模塊，此模塊可以在運行時動態(tài)加載。
本發(fā)明的從USB HID固件驅(qū)動程序由五個功能子模塊組成
10(2.1) USB芯片初始化與控制子模塊設(shè)置從USB控制芯片的時鐘， 使能此芯片，并配置從USB芯片的寄存器組；
(2.2) USB數(shù)據(jù)接收子模塊查詢數(shù)據(jù)隊列中是否有數(shù)據(jù)存在，如果 有數(shù)據(jù)，喚醒等待中的應(yīng)用程序，通知其把數(shù)據(jù)隊列中的數(shù)據(jù)取走，并處 理數(shù)據(jù)隊列，然后進入等待模式；
(2.3) USB數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊把應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)拷貝到數(shù)據(jù)隊列中， 并喚醒讀USB中斷服務(wù)子模塊，通知其把數(shù)據(jù)發(fā)送到從USB控制芯片中， 并等待從USB控制芯片完成數(shù)據(jù)傳送操作；
(2.4) USB中斷服務(wù)子模塊處理從USB控制芯片的中斷，根據(jù)中斷 類型，完成USB的枚舉、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)隊列喚醒等操作；如 果中斷類型是USB枚舉，把驅(qū)動中準(zhǔn)備好的設(shè)備描述符、配置描述符、接 口描述符、端口描述符、HID描述符通過默認(rèn)端口 O發(fā)送到計算機，枚舉完 成后，計算機識別此裝置為HID設(shè)備；如果中斷類型是USB數(shù)據(jù)接收，表 示有數(shù)據(jù)到達(dá)從USB控制芯片，把收到的數(shù)據(jù)拷貝到數(shù)據(jù)隊列中，并喚醒 在數(shù)據(jù)隊列上的USB數(shù)據(jù)接收子模塊；如果中斷類型是USB數(shù)據(jù)發(fā)送，查 詢數(shù)據(jù)隊列上是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，把數(shù)據(jù)寫入從 USB控制芯片中，并等待其完成數(shù)據(jù)發(fā)送。
(2.5) USB字符驅(qū)動實現(xiàn)子模塊按照Linux字符設(shè)備驅(qū)動程序相關(guān) 規(guī)范，從USB HID固件驅(qū)動程序進行封裝；完成字符設(shè)備驅(qū)動的讀操作、 寫操作、控制操作、中斷服務(wù)操作、打開/關(guān)閉操作等注冊；并向文件系統(tǒng) 注冊字符設(shè)備節(jié)點"/dev/usbhid〃，應(yīng)用程序在用戶空間操作此設(shè)備節(jié)點， 進行相關(guān)操作；初始化字符設(shè)備驅(qū)動中的緩沖區(qū)、信號量等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；創(chuàng) 建并注冊net link結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)向用戶空間廣播USB插拔事件消息。
本發(fā)明的USB通信控制程序由四個功能子模塊組成
(2.6) 初始化子模塊調(diào)用Linux API的打開函數(shù)，打開設(shè)備節(jié)點 "/dev/usbhid"以獲得設(shè)備描述符；創(chuàng)建插拔事件消息處理線程，此線程
就是插拔事件消息處理子模塊；創(chuàng)建數(shù)據(jù)發(fā)送線程，此線程就是數(shù)據(jù)發(fā)送 子模塊；創(chuàng)建數(shù)據(jù)接收線程，此線程就是數(shù)據(jù)接收子模塊。(2.7) 插拔事件消息處理子模塊調(diào)用netlink接收函數(shù)，等待接收 固件驅(qū)動程序發(fā)送過來的插拔事件消息，如果接收到此消息，結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā) 送子模塊和數(shù)據(jù)接收子模塊，關(guān)閉"/dev/usbhid"設(shè)備節(jié)點，然后重新 打開從"/dev/usbhid"設(shè)備節(jié)點，并重新初始化通信控制程序中的數(shù)據(jù)收 發(fā)功能。
(2.8) 數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊調(diào)用Linux API寫函數(shù)，把數(shù)據(jù)發(fā)送到USB 總線上。
(2.9) 數(shù)據(jù)接收子模塊調(diào)用Linux API讀函數(shù)，接收USB總線上的 數(shù)據(jù)，并提交給需要此數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)處理程序。
(3) 如圖3所示，本發(fā)明的插拔事件處理流程
當(dāng)本裝置重新插入主機系統(tǒng)，從USB控制芯片檢測到USB總線復(fù)位信 號并觸發(fā)中斷，中斷服務(wù)程序處理此中斷，然后調(diào)用枚舉函數(shù)完成枚舉過 程，并重新啟動固件驅(qū)動程序中的數(shù)據(jù)收發(fā)；在枚舉過程后，通過netlink 方式發(fā)送廣播到用戶空間，通知USB通信控制程序；USB通信控制程序關(guān)閉 從USB設(shè)備，結(jié)束數(shù)據(jù)收發(fā)功能，然后重新打開從USB設(shè)備，并重新初始 化通信控制程序中的數(shù)據(jù)收發(fā)功能；從USB芯片設(shè)備驅(qū)動程序重新注冊字 符設(shè)備驅(qū)動，初始化所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)備好下一次的數(shù)據(jù)傳送。
(4) 如圖4所示，本發(fā)明的USB通信控制模塊的初始化流程
USB通信控制模塊首先調(diào)用Linux API打開設(shè)備節(jié)點"/dev/usbhid"， 此設(shè)備節(jié)點對應(yīng)內(nèi)核空間中的從USB芯片設(shè)備，從USB芯片固件驅(qū)動程序 的USB字符驅(qū)動實現(xiàn)模塊被調(diào)用；USB通信控制模塊完成初始化后創(chuàng)建插拔 事件消息處理線程，此線程檢測從USB HID控制芯片固件驅(qū)動程序發(fā)送的 插拔事件消息，重新初始化USB通道；創(chuàng)建USB數(shù)據(jù)發(fā)送線程，此線程負(fù) 責(zé)把數(shù)據(jù)傳送到驅(qū)動程序，既而發(fā)送USB總線上；創(chuàng)建USB數(shù)據(jù)接收線程， 此線程負(fù)責(zé)接收來自驅(qū)動程序的USB總線數(shù)據(jù)。
實施例
結(jié)合附圖來進行說明，整個系統(tǒng)按照硬件和固件實現(xiàn)兩個大的部分來 描述。硬件部分采用基于SoC技術(shù)的計算裝置，處理器采用基于ARM核心的 XSCALE處理器，這塊芯片內(nèi)部帶有一個從USB控制芯片，支持16個端口， 由軟件對其進行配置和操作。
固件實現(xiàn)主要是指裝置的固件系統(tǒng)，即是運行于CPU和存儲單元中的 軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)主要包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)、從USB HID固件 驅(qū)動程序、USB通信控制程序；其中，從USBHID固件驅(qū)動程序運行于內(nèi)核 空間，USB通信控制程序運行于用戶空間。
嵌入式Unux操作系統(tǒng)，針對具體硬件架構(gòu)做了相應(yīng)移植工作，Linux 提供了系統(tǒng)調(diào)用接口、虛擬文件系統(tǒng)和相關(guān)的字符設(shè)備驅(qū)動接口層。本發(fā) 明根據(jù)Linux驅(qū)動程序設(shè)計的要求，推導(dǎo)出從USB HID驅(qū)動程序的相關(guān)接 口，主要包括hid_open， hid_write， hid—read等，并將這些函數(shù)注冊到操 作系統(tǒng)。本發(fā)明中的USB通信控制程序調(diào)用Linux系統(tǒng)API函數(shù)，主要包 括open、 read、 write等，對從USB設(shè)備進行打開、讀取數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù) 操作。
固件實現(xiàn)的詳細(xì)處理步驟是這樣的-
首先把從USB HID固件驅(qū)動程序編譯進Linux操作系統(tǒng)，并把操作系 統(tǒng)、固件驅(qū)動程序、USB通信控制程序放入非易失性存儲器中。打開硬件電 路的電源，運行Linux操作系統(tǒng)，Linux在引導(dǎo)和初始化過程中，調(diào)用并運 行從USB HID固件驅(qū)動模塊，完成對從USB芯片的初始化工作，包括對時 鐘配置，相關(guān)寄存器的設(shè)置，以及芯片的使能，這些可以參照芯片手冊完 成。同時根據(jù)驅(qū)動程序中定義的相關(guān)描述符，配置從USB控制芯片，把其 配置成為HID設(shè)備。在完成Linux引導(dǎo)過程后，完成對從USB控制芯片初 始化，并運行固件驅(qū)動程序模塊后，需要在用戶空間運行USB通信控制程 序，此程序打開從USB設(shè)備，并創(chuàng)建若干數(shù)據(jù)通信線程和插拔監(jiān)控線程。
在完成上述軟件配置和運行工作后，只要此裝置連接到主機系統(tǒng)USB 端口，主機會按照USB HID規(guī)范對其進行識別和配置，在正確識別和配置 從USBHID裝置后，就表明此裝置的初始化過程成功(這個過程被稱為USB 枚舉過程)。之后，主機的數(shù)據(jù)收發(fā)等操作可以通過操作系統(tǒng)的通用驅(qū)動程序完成，
一般說來通過調(diào)用POSIX標(biāo)準(zhǔn)下open、 read、 write函數(shù)可以完成對從USB HID裝置的數(shù)據(jù)傳送操作。
本發(fā)明基于嵌入式Linux的從USB HID裝置及固件實現(xiàn)方法，可以實 現(xiàn)用戶不需開發(fā)和安裝驅(qū)動程序即可直接使用該裝置，并支持多個操作系 統(tǒng)下使用，具有即插即用、兼容性好、高速、支持熱插拔等特點。
應(yīng)該注意的是，上述實施例僅用于說明之目的，而無意于對本發(fā)明進 行限制。本文參照較佳的具體實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明的實 施方式并不受上述實施例的限制，任何應(yīng)該包括從屬權(quán)利要求范圍之內(nèi)所 有功能的改變、修飾、替代、組合、簡化，均為等效的置換方式，都包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種基于嵌入式Linux的從USB HID裝置，其特征在于該裝置是一個硬件控制電路，該裝置包括處理器CPU(101)、從USB控制芯片(102)、DMA控制器(103)、內(nèi)存控制器(104)、電源模塊(105)、內(nèi)部存儲器(106)、系統(tǒng)總線(107)、非易失性存儲器(108)。
2、 如權(quán)利要求l所述的基于嵌入式Linux的從USB HID裝置，其特征 在于從USB HID裝置(100)通過供電線路(110)連接供電裝置，供電 線路(110)連接到電源模塊(105)，電源模塊(105)對從USB HID裝置(100)的電路進行供電，此處的供電裝置為主機系統(tǒng)或者獨立的供電電源。
3、 如權(quán)利要求l所述的基于嵌入式Linux的從USB HID裝置，其特征 在于從USB HID裝置(100)可以是通過USB數(shù)據(jù)線(109)連接上行計 算機，上行計算機通過USB總線接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)到從USB HID裝置(100)，此處的數(shù)據(jù)是任何二進制數(shù)據(jù)流，裝置和計算機通過此數(shù)據(jù)進行 數(shù)據(jù)通信交互。
4、 如權(quán)利要求l所述的基于嵌入式Linux的從USB HID裝置，其特征 在于從USB控制芯片(102)通過USB總線與上行計算機連接；在裝置內(nèi) 部，從USB控制芯片(102)連接到系統(tǒng)總線(107)，其中處理器CPU (101) 通過系統(tǒng)總線(107)對從USB控制芯片(102)進行操作和配置；從USB 控制芯片(102)也可以通過DMA控制器(103)控制數(shù)據(jù)交換；從USB控 制芯片(102)可以動態(tài)配置，由軟件控制其配置行為。
5、 一種基于嵌入式Linux的從USB HID固件實現(xiàn)方法，其特征在于包含(1) 嵌入式Linux操作系統(tǒng)此操作系統(tǒng)采用基于硬件架構(gòu)的Linux 內(nèi)核，針對硬件控制電路進行了相關(guān)移植和配置，并選用合適的文件系統(tǒng) 和應(yīng)用程序，向固件系統(tǒng)提供運行的軟件平臺；(2) 從USB HID固件驅(qū)動程序；此固件驅(qū)動程序運行于嵌入式Limix操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間，根據(jù)從USB控制芯片規(guī)范，設(shè)計了符合USB HID協(xié) 議的設(shè)備驅(qū)動程序，并提供了 USB總線動態(tài)監(jiān)測功能，向應(yīng)用程序告知USB 插拔事件消息；(3) USB通信控制程序USB通信控制程序運行于嵌入式Linux操作 系統(tǒng)的用戶空間，調(diào)用Linux API (Application Programming Interface) 操作從USB控制芯片，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)到USB總線，并接收USB插拔事件 消息，重新啟動數(shù)據(jù)收發(fā)過程，進而提供熱插拔功能。
6、 如權(quán)利要求5所述的基于嵌入式Linux的從USB HID固件實現(xiàn)方法， 其特征在于所述嵌入式Linux操作系統(tǒng)提供從USB HID固件驅(qū)動程序的 模塊設(shè)置選項，在KConfig文件和Makefile中添加了 CONFIGJJSB—HID宏 定義，用于編譯從USB HID固件驅(qū)動程序。
7、 如權(quán)利要求5所述的基于嵌入式Linux的從USB HID固件實現(xiàn)方法， 其特征在于所述從USB HID固件驅(qū)動程序，包含(1) 從USB控制芯片初始化與控制子模塊其功能用于設(shè)置從USB控 制芯片的時鐘，使能此芯片，并配置從USB芯片的寄存器組；(2) USB數(shù)據(jù)接收子模塊其功能用于接收USB HID數(shù)據(jù)；(3) USB數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊其功能用于發(fā)送USB HID數(shù)據(jù)；(4) USB中斷服務(wù)子模塊其功能用于處理從USB控制芯片的中斷，對主機的枚舉請求、發(fā)送數(shù)據(jù)請求、接收數(shù)據(jù)請求進行響應(yīng)；(5) USB字符驅(qū)動實現(xiàn)子模塊其功能用于按照Linux字符設(shè)備驅(qū)動 程序相關(guān)規(guī)范，從USB HID固件驅(qū)動程序進行封裝。
8、 如權(quán)利要求5所述的基于嵌入式Linux的從USB HID固件實現(xiàn)方法， 其特征在于所述USB通信控制程序，包含(l)初始化子模塊調(diào)用Linux API的打開函數(shù)，以獲得設(shè)備描述符； 創(chuàng)建插拔事件消息處理線程，此線程就是插拔事件消息處理子模塊；創(chuàng)建 數(shù)據(jù)發(fā)送線程，此線程就是數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊；創(chuàng)建數(shù)據(jù)接收線程，此線程就是數(shù)據(jù)接收子模塊；(2) 插拔事件消息處理子模塊等待接收固件驅(qū)動程序發(fā)送過來的插 拔事件消息，如果接收到此消息，結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊和數(shù)據(jù)接收子模塊， 關(guān)閉設(shè)備，然后重新打開設(shè)備，并重新初始化通信控制程序中的數(shù)據(jù)收發(fā) 功能；(3) 數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊調(diào)用Linux API寫函數(shù)，把數(shù)據(jù)發(fā)送到USB總線上；(4) 數(shù)據(jù)接收子模塊調(diào)用Linux API讀函數(shù)，接收USB總線上的數(shù) 據(jù)，并提交給需要此數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)處理程序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于嵌入式Linux的從USB HID固件實現(xiàn)方法，包含(1)嵌入式Linux操作系統(tǒng)；(2)從USB HID固件驅(qū)動程序；(3)USB通信控制程序。利用本發(fā)明可以快速完成基于嵌入式Linux的從USB HID固件系統(tǒng)的開發(fā)，以實現(xiàn)用戶無需開發(fā)和安裝驅(qū)動程序而直接使用，不用考慮不同操作系統(tǒng)的兼容性問題。本發(fā)明的目的還在于通過USB HID協(xié)議方式，在設(shè)備和主機系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
文檔編號G06F13/38GK101593164SQ200910063150
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者俊 周, 菲 諶, 涌 黃 申請人:中國船舶重工集團公司第七○九研究所