linuxusb子系统(三):通过usbfs操作设备的用户空间驱动

Linux USB 子系统(三): 通过 USBFS 操作设备的用户空间驱动

介绍

在 Linux 上，USB 设备被连接到系统后，内核会根据设备的类别和 ID 进行识别和自动加载驱动模块，从而让其能够正常使用。一般情况下，我们编写的用户空间应用程序只需要与内核交互，而不需要直接操作设备。

但是，有些情况下，我们需要在用户空间直接操作 USB 设备，比如要调试驱动的实现，该设备的驱动程序不存在等等情况。此时，我们可以使用 USB 文件系统 (USBFS) 在用户空间中操作 USB 设备。

USBFS

USBFS 是一种虚拟文件系统，由内核提供，可以让用户空间程序访问 USB 子系统以及 USB 设备。USBFS 在根据 USB 设备的 class 和 subclass 进行自动挂载时，会在 /proc/bus/usb 下创建相应的 USB 设备文件：

/proc/bus/usb/001/001
/proc/bus/usb/001/002
...

其中 /proc/bus/usb/001 表示 USB 控制器的端口号，001 表示该端口上的第一个设备的设备号，002 表示第二个设备的设备号，以此类推。

操作流程

操作流程如下：

1. 打开 USB 设备

在用户空间可以使用 open() 函数打开 USB 设备文件，比如：

int fd;
fd = open("/proc/bus/usb/001/001", O_RDWR);
if (fd < 0) {
    perror("open");
    exit(1);
}

1. 获取设备描述符

打开 USB 设备之后，我们需要获取设备描述符，可以使用 ioctl() 函数，调用 USBDEVFS_CONTROL 命令，获取设备描述符：

int ret;
struct usbdevfs_ctrltransfer ctrl;
unsigned char buf[256];

ctrl.bRequestType = USB_DIR_IN | USB_TYPE_STANDARD | USB_RECIP_DEVICE;
ctrl.bRequest = USB_REQ_GET_DESCRIPTOR;
ctrl.wValue = cpu_to_le16(USB_DT_DEVICE << 8);
ctrl.wIndex = 0;
ctrl.data = buf;
ctrl.wLength = 18;

ret = ioctl(fd, USBDEVFS_CONTROL, &ctrl);
if (ret < 0) {
    perror("ioctl");
    exit(1);
}

通过上面的代码，可以获取设备描述符，存放在 buf 数组中。设备描述符的具体格式可以参考 USB 规范。

1. 发送控制命令

如果需要给 USB 设备发送控制命令，可以使用 ioctl() 函数，调用 USBDEVFS_CONTROL 命令，发送控制命令：

int ret;
struct usbdevfs_ctrltransfer ctrl;

ctrl.bRequestType = USB_DIR_OUT | USB_TYPE_VENDOR | USB_RECIP_DEVICE;
ctrl.bRequest = 0x11;
ctrl.wValue = 0x1234;
ctrl.wIndex = 0;
ctrl.data = NULL;
ctrl.wLength = 0;

ret = ioctl(fd, USBDEVFS_CONTROL, &ctrl);
if (ret < 0) {
    perror("ioctl");
    exit(1);
}

通过上面的代码，可以给 USB 设备发送一个 vendor 命令，命令值为 0x11，参数为 0x1234。

1. 读取、写入数据

如果需要读取或写入 USB 设备的数据，可以使用 read() 和 write() 函数读写 USB 设备文件。

int ret;
unsigned char buf[64];

ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
if (ret < 0) {
    perror("read");
    exit(1);
}

ret = write(fd, buf, sizeof(buf));
if (ret < 0) {
    perror("write");
    exit(1);
}

1. 关闭 USB 设备

最后，需要使用 close() 函数关闭 USB 设备文件：

close(fd);

总结

通过 USBFS，在用户空间中可以直接操作 USB 设备，实现 USB 设备的调试、测试等功能。但是需要注意的是，这种方式并不安全，因为用户空间程序可以直接修改 USB 设备的寄存器等数据。

因此，如果需要在用户空间中编写 USB 设备驱动程序，建议使用更加安全的 libusb 库。