基于Linux下USB主机接口设计

SL811HS／T的D0～D7端口为双向数据I／O端口，与控制器的PAl0～PAl7端口相连，实现数据通信。SL811HS／T的nRD引脚与AT91SAM7X256的PA9相连，nWR引脚与AT9lSAM7X256的PA8相连，SL811HS／T的nCS引脚与AT91SAM7X256的PA7相连，AO引脚与AT91SAM7X256的PA6相连，控制SL811HS／T的读写状态，如图4所示。

访问存储器和控制寄存器的空间时，先设A0=0后写地址，接下来设A0=1，再进行寄存器／存储器读／写周期。当nWR或nCS处于无效时，SL811HS写或读操作终止。对于连接到SL81lHS的设备，在write nWR信号之前取消片选nCS，数据将一直保持并与指定的值相同。SL811HS／T的nRST引脚与AT91SAM7X256的PAl8相连，实现软件低电平复位功能。SL811HS／T的引脚7、8与USB接口的DATA+，DATA-相连实现数据通信。S-L811HS／T的Clk／X1引脚和X2引脚与外接12 MHz晶振相连。

3 系统软件实现

USB设备驱动程序设计包括主机端设备驱动程序、主机控制器驱动程序和设备端驱动程序3部分组成。主机端设备驱动程序就是设备驱动程序，它是主机环境中为用户应用程序提供一个访问USB外设的接口。Linux为这部分驱动程序提供编程接口，设计者只要按照需求编写驱动程序框架，通过调用操作系统提供的APl接口函数可以完成对USB外设的特定访问。

3．1 USB设备驱动程序框架

图5所示Linux中USB驱动的体系结构。Linux USB主机驱动由3部分组成：USB主机控制器驱动，USB驱动和不同的USB设备类驱动。USB驱动程序首先要向Linux内核进行注册自己，并告之系统该驱动程序所支持的设备类型及其所支持的操作。这些信息通过usb_driver结构传递。

3．2 注册和注销

USB驱动程序注册，就是把在初始化函数中填好的use_driver结构作为参数传递给use_register()函数即可，函数的调用方法为：result =usb_register(&skel_driver)；当要从系统卸载驱动程序时，也是将use_driver结构作为参数传递给usb_deregister函数处理。函数的调用格式为：

当USB设备插入时，为了使linux-hotplug系统自动装载驱动程序，需要创建一个MODULE_DEVICE_TABLE。核心代码如下(这个模块仅支持某一特定设备)：

3．3 probe()函数

probe()函数的编写格式为：static void*skel_probe(struct usb_device*dev，unsigned int ifnum，const struct usb_device_id* id)；驱动程序需要确认插入的设备是否可以被接收，如果不接收，或者在初始化的过程中发生任何错误，probe()函数返回一个NULL值。否则返回一个含有设备驱动程序状态的指针，通过这个指针，就可以访问所有结构中的回调函数。

在驱动程序里，最后一点是要注册devfs(设备文件系统)。首先创建一个缓冲用来保存那些被发送给USB设备的数据和那些从设备上接收的数据，并为设备传输创建一个USB请求块(URB)以向设备写入数据，同时USB urb被初始化，然后在devfs子系统中注册设备，允许devfs用户访问USB的设备。注册过程如下：

如果devfs_register函数失败，devfs子系统会将此情况报告给用户。如果设备从USB总线拔掉，设备指针会调用disconnect函数。驱动程序就需要清除那些被分配了的所有私有数据，关闭urbs，并且从devfs上注销调自己。

3．4 open()，write()和read()函数

首先，要打开此设备。在open()函数中MODULE_INC_USE_COUNT宏是一个关键，它起到一个计数的作用，有一个用户态程序打开一个设备，计数器就加1。read()函数首先从open()函数中保存的fi。write()函数和read()函数是完成驱动对读写等操作的响应。在skel write中，一个FLL_BULK_URB函数，就完成了urb系统callbak和的skel_write_bulk_callback之间的联系。read函数与write函数稍有不同在于：程序并没有用urb将数据从设备传送到驱动程序，而是用usb_bulk_msg函数代替，这个函数能够不需要创建urbs和操作urb函数的情况下，来发送数据给设备，或者从设备来接收数据。调用usb_bulk_msg函数并传到一个存储空间，用来缓冲和放置驱动收到的数据，若没有收到数据表示失败并返回一个错误信息。usb_bulk_msg函数，当对USB设备进行一次读或者写时，usb_bulk_msg函数是非常有用的；然而，当需要连续地对设备进行读／写时，应建立一个自己的urbs，同时将urbs提交给USB子系统。

MOD_DEC_USE_COUNT宏也会被调用到，首先确认当前是否有其他的程序正在访问这个设备，如果是最后一个用户在使用，可以关闭任何正在发生的写，操作如下：

USB设备可以在任何时间点从系统中取走，即使程序目前正在访问它。USB驱动程序必须要能够很好地处理解决此问题，它需要能够切断任何当前的读写，同时通知用户空间程序：USB设备已经被取走。

4 实验结果

经过大量的试验，该系统工作稳定可靠，传输速度快且具有极低的误码率。利用逻辑分析仪和Bus Hound软件进行相应的逻辑功能分析，USB主机与设备之间可以正常通信。因为整个电路主要应用于称重系统，所以着重测试了控制传输和批量传输这两种数据传输方式。批量传输的有效数据传输速率可以达到1 Mb／s，这是传输带宽的限制和数据包中冗余信息的存在所导致的。总体来讲，1 Mb／s的传输速率还是令人满意的。

5 结束语

本系统以AT91SAM7X256单片机为核心进行设计，采用SL811HS／T主控器件，实现了USB主机端口的扩展，使称重设备中同时具有USB设备端和主机端口，因此，该系统设计实现数据的点对点通信，实现称重设备数据更新、系统升级的可靠、快捷，适合工矿企业特殊环境下设备数据的更新，便于对设备的管理和维护。并在称重系统中引入USB主机端口具有非常实用的特点。因此，该系统设计具有很好的应用前景。