USB设备的驱动程序实现

Linux 下 USB摄像头驱动的实现

摘要：介绍了Linux体系下USB摄像头驱动的体系结构。首先介绍了作为Linux视频部分标准的Video4Linux，这是USB摄像头开发的关键部分；然后描述了Linux体系下USB设备驱动的层次结构以及涉及到的几个重要数据结构；最后给出了中星微的ZC0301P摄像头驱动的具体实现。

关键词：USB摄像头；Linux；video4Linux；驱动程序

0引言

USB摄像头由于价格低廉、使用方便、通用性强，被广泛应用于个人电脑、视频监控、图像采集等设备中。目前 ，摄像头驱动程序大部分都是基于Windows平台下，而嵌入式系统大都采用Linux系统，因此需要开发在嵌入式Linux平台下的基于Linux驱动框架的摄像头驱动程序。

摄像头主要由主控芯片和传感芯片两部分组成，景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，然后送到DSP中处理。主控芯片负责图像采集、压缩以及和主机的通信。本文中摄像头芯片采用的是中星微公司的ZC0301P芯片，这是目前应用比较广泛的一款产品。

1Linux下的视频标准Video4Linux

目前的Linux内核已经添加了对音视频设备的支持，这部分的标准是Video4Linux（简称V4L）。V4L是一些视频系统、视频软件、音频软件的基础，目前主要应用在图像采集、视频采集等多媒体设备中，比如可视电话、视频监控、Webcam，是嵌入式Linux开发人员经常使用的系统调用接口。Linux内核通过V4L为用户空间提供了标准的操作接口，各种音频和视频设备相应的驱动程序加载进内核后，V4L就可以通过内核提供的API像对普通文件一样来操作视频和音频设备，从这里可以看出V4L大体分为两层，上层为系统提供的API，底层为音视频设备在内核中的驱动。这个标准提供了一套标准接口，应用程序、内核、驱动以这个接口进行互相访问。同时，该标准对USB摄像头也提供非常好的支持。

USB HID（Human Interface Device）触摸屏驱动的实现原理涉及到USB HID协议和触摸屏设备的工作原理。

1. USB HID协议：USB HID是一种用于描述人机交互设备（如键盘、鼠标、触摸屏等）通讯协议的标准。通过USB HID协议，计算机可以与支持HID的设备进行通讯，获取设备所提供的数据。触摸屏作为一种HID设备，其驱动程序需要遵循USB HID协议与计算机进行通讯，接收和发送数据。

2. 触摸屏工作原理：触摸屏设备通过感应用户手指触摸位置并将其转换成电信号。常见的触摸屏技术包括电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波触摸屏等。不同类型的触摸屏有不同的工作原理，但它们都会将用户的触摸位置信息转换成数字信号，并通过USB接口传输给计算机。

基于以上原理，USB HID触摸屏驱动的实现需要完成以下步骤：

- 设备识别：计算机通过USB接口识别触摸屏设备，并加载相应的驱动程序。

- 数据通讯：驱动程序遵循USB HID协议与触摸屏设备进行数据通讯，获取触摸位置、手势等信息，并将其传输给操作系统。

- 数据处理：驱动程序接收到来自触摸屏设备的原始数据后，需要进行适当的处理，将其转换成操作系统能够理解的格式，如将触摸位置信息转换成鼠标移动事件或触摸手势事件。

- 与操作系统交互：驱动程序与操作系统进行交互，将处理后的触摸屏数据传递给操作系统，使得操作系统能够正确地响应触摸操作。

总的来说，USB HID触摸屏驱动的实现依赖于对USB HID协议的理解和遵循，以及对触摸屏设备工作原理的理解和数据处理能力。驱动程序需要负责与设备通讯、数据处理和操作系统交互等任务，以实现对触摸屏设备的控制和数据传输。

１５７６　２０１０，３１（７）　计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　

・开发与应用・　

Ｌｉｎｕｘ下有中断端点的ＵＳＢ设备驱动的实现　

金鑫，　孙松林，　景晓军　

（北京邮电大学，北京１００８７６）　

摘要：手写板是有中断端点的ＵＳＢ设备，为了在Ｌｉｎｕｘ下实现此类设备的驱动，分析了ＵＳＢ设备的基本概念和Ｌｉｎｕｘ设备　

驱动原理，对Ｌｉｎｕｘ下设备驱动程序的内部机制和框架构成进行了研究。在此基础上，提出了　ｆ入信号量机制控制内核线　程同步的方法来实现ｒｅａｄ函数，进而设计出Ｌｉｎｕｘ下有中断端点的ＵＳＢ设备的驱动程序。通过编写应用程序和设计对比实　

验，证明了此驱动可以准确、高效地读写设备。与针对中断端点普遍采用的输入子系统方式相比，简化了程序设计，提高了　系统效率。　关键词：ＵＳＢ；设备驱动程序；中断端点；Ｌｉｎｕｘ；信号量　中图法分类号：ＴＰ３ｌ１．１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．７０２４（２０１０）０７—１５７６—０４　

Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｗｉｔｈ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　ｅｎｄｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　Ｌｉｎｕｘ　

ＪＩＮ　Ｘｉｎ，　ＳＵＮ　Ｓｏｎｇ—ｌｉｎ，　ＪＩＮＧ　Ｘｉａｏ￣ｕｎ　

（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｓｔｓ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　００８７６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｈａｎｄｗｒｉｔｉｎｇ　ｂｏａｒｄ　ｗｈｉｃｈ　ｉＳ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｉｔｈ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　ｅｎｄｐｏｉｎｔｓ．ａ　

ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ＵＳＢ　ｄｒｉｖｅｒ　ｉｎ　Ｌｉｎｕｘ　ｉＳ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆｄｒｉｖｅｒ　ｆｏｒ　ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅ．ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆｄｒｉｖｅｒ　ｉｎ　Ｌｉｎｕｘ　ｆｏｒ　ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｅｍａｐｈｏｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉＳ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｋｅｒｎｅｌ　ｔｈｒｅａｄｓ．　Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｉｎ　Ｌｉｎｕｘ　ｆｏｒ　ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｉｔｈ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　ｅｎｄｐｐｉｎｔｓ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｂｏｔｈ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｄｅ—　

第１２卷第ｌｌ期　２０１０年ｌ１月　Ｖｏ１．１２　ＮＯ．１１　ＮＯＶ．２０ｌＯ　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１５６３—４７９５．２０１０．１１．０１８　

ＵＳＢ设备驱动程序的研究与开发　

周明建．林平分　

（北京工业大学北京市嵌入式重点实验室，北京　１０００２２）　

摘　要：介绍了ＵＳＢ￣￣系统结构，分析了ＵＳＢ设备驱动程序的结构、主要数据对象以及驱动　

程序的加栽过程，给出了利用ＤＤＫ开发ＷＤＭ型ＵＳＢ设备驱动程序的方法及流程。　

关键词：ＵＳＢ；ＷＤＭ；驱动程序　

０　引言　

ＵＳＢ　ｆ通用串行总线）具有诸多优点，如可　

支持热插拔、传输稳定且速率高、易扩展等。因　而目前已经成为主机与外部设备连接的标准接　

口。而要实现ＵＳＢ硬件设备与主机间稳定的数据　

传输，则不可避免的要编写适合ＵＳＢ硬件要求的　

驱动程序。为此，本文结合实例，论述了ＵＳＢ设　

备驱动程序的具体实现机制和开发方法。　

１　ＵＳＢ系统结构　

在终端用户看来，ＵＳＢ系统就是设备通过一　根ＵＳＢ电缆和主机连接在一起。但对开发人员来　

说。这种连接则被分为三个逻辑层：功能层、　

ＵＳＢ设备层、ＵＳＢ总线接口层。每一层都由主机　

和ＵＳＢ设备的不同功能模块组成。图１所示是一　

个ＵＳＢ系统的分层结构。图中，功能层负责实现　

ＵＳＢ设备的特定功能。该层不需要理解ＵＳＢ具体　的串行传输机制，而只需知道和ＵＳＢ设备传输哪　

些数据。根据不同的传输需要（如传输数据量的　

大小和速率），这样，通过客户软件，便可在和　ＵＳＢ设备的功能单元进行通信时．采用４种传输　

类型进行操作，这四种传输类型包括：控制传　

输、块传输、中断传输和同步传输；ＵＳＢ设备层　

用于实现主机和ＵＳＢ设备间的配置通信，如分配　

地址、读取配置描述符等，这些功能主要是通过　缺省控制端点Ｏ来实现；ＵＳＢ总线接口层可用于　

实现主机和ＵＳＢ设备间的实际数据传输。　

收稿日期：２０１０—０３—１９　２基于ＷＤＭ的ＵＳＢ设备驱动程序体系