深度解析Linux USB通信技术，从驱动到协议全面了解 (linux u通信)

USB(Universal Serial Bus)是一种数据传输协议，它被设计用于连接计算机和外部设备。USB通信技术已经成为现代计算机系统的重要组成部分，特别是在嵌入式系统中具有广泛应用。在Linux系统中，USB通信技术也是一个非常重要的话题，本文将从驱动到协议全面剖析Linux系统下的USB通信技术。

一、USB通信概述

USB通信是计算机主机与外部设备之间的数据传输方式，它的特点是简单、可靠、高速、灵活、通用。USB是一种热插拔设备接口，可以连接多种不同的设备。USB设备使用一根数据线和一根供电线（或者使用HUB进行供电），该数据线可同时承载数据和供电信号。

二、USB系统架构

在Linux系统中，USB通信是由USB内核模块和一系列驱动程序组成的。USB系统由以下四个层次组成：

1.物理层：主要定义了USB数据线的电气特性和连接方式。

2.数据链路层：定义了USB数据包的格式和传输方式，并包括一个用于处理帧的CRC校验。

3.USB驱动层：负责实现USB与Linux系统的交互，并提供了一些常用的API函数。

4.USB子系统：维护着USB设备树，包括对设备的发现、枚举、分配地址、管理管道和请求等工作。

三、USB驱动开发

在Linux系统中，驱动程序是USB通信的核心部分。USB驱动的开发需要遵循以下步骤：

1.定义设备结构：USB驱动程序需要定义一个结构，该结构包含与硬件相关的信息。在Linux系统中，通常使用u_device结构体来表示一个USB设备。

2.注册驱动程序：驱动程序需要向系统注册，以便系统能够检测到设备的插入和拔出事件，并加载相应的驱动程序。

3.启动设备：驱动程序在设备被检测到时会被自动加载，此时需要执行一些初始化操作，包括打开设备、分配内存、初始化管道等。

4.实现读写函数：驱动程序需要实现读写函数，用于完成数据的传输。在Linux系统中，通常使用read、write、ioctl等标准函数来实现这些功能。

5.释放设备：当设备不再需要时，驱动程序需要释放设备，并清理内存资源。

四、USB协议

USB协议定义了USB设备和主机之间的通信方式。USB协议包括以下方面：

1.设备描述符：USB设备在连接到主机时，需要通过设备描述符向主机描述设备的功能、厂家等相关信息，以便主机正确识别设备。

2.控制传输：主机通过控制传输向设备发送控制命令，如读写设备寄存器等。

3.中断传输：用于处理不需要连续传输数据的设备。

4.批量传输：用于处理大量数据的传输，可以使用控制传输来读写数据块。

5.异步传输：可以用于流媒体数据传输等。

五、USB调试工具

在开发USB驱动时，有时我们需要对USB设备进行调试，Linux系统提供了一些方便开发人员调试的USB工具，如：

1.lsu：用于查看USB设备的详细信息。

2.cat /proc/bus/u/devices：用于查看系统中已经连接的USB设备树。

3.umon：用于监控USB设备和主机之间的通信数据。

4.Udevmonitor：用于监控USB设备树的变化。

USB通信技术是计算机系统中非常重要的一部分，Linux系统下的USB技术也是开发人员需要掌握的技能。本文从驱动到协议全面阐述了Linux下的USB通信技术，并介绍了常用的USB调试工具，希望对开发人员对于深入理解USB通信技术有所帮助。