16、Linux USB 开发与调试全解析

Linux USB 开发与调试全解析

1. USB 用户模式驱动与 UIO

在开发 USB 设备产品时，通常需要基于 Linux - USB 框架来开发驱动。不过，传统标准驱动的开发既耗时又复杂。虽然使用 VFS 进行用户空间编程是一种替代方案，但 VFS 属于内核层驱动的一部分，且只能通过 IOCTL 接口对设备进行有限的访问。

在某些开发场景下，开发者可能需要对硬件进行更多的控制。例如，USB IP 测试可能需要验证底层寄存器状态，这就可能需要开发自定义内核驱动甚至修改 USB 核心。另外，将专有协议栈集成到 Linux 环境时，尽管这有悖于 Linux 的理念，但出于商业决策，可能会使用专有软件模块。

Linux UIO 虽在文档中不被推荐用于 USB 设备，但它其实是满足 USB 开发需求的理想平台。这是因为 UIO 框架能将 USB 硬件完全导出到用户空间，方便开发自定义应用。

1.1 Linux UIO 基础

Linux UIO 框架最初在 2.6.22 内核版本引入，并且一直在不断改进。借助该框架，开发者可以通过用户空间的文件操作来映射和控制设备的内存与中断。要将硬件和中断完全映射到用户空间，需要一个简单的内核驱动层和 UIO 框架配合。在用户空间实现对硬件的完全访问，能让开发者轻松开发功能应用而不会导致内核崩溃。而且，与其他用户空间方法不同，采用 UIO 的应用在内存空间之间的复制操作较少。

UIO 子系统通过 linux/uio_driver.h 和 drivers/uio/uio.c 文件实现，它导出了 struct uio