隨著簡單易用的USB接口日益流行，在嵌入式系統中添加對USB接口的支持已成為大勢所趨。本文通過介紹Linux中支持USB的各種模塊和庫，分析了在Linux上利用USB實現高速串口和以太網連接等通信方式的具體方法。

　　通用串行總線(USB,Universal Serial Bus)是一種非常實用的通信接口，其應用日益廣泛。有三種方法可以使運行Linux操作系統的嵌入式系統支持USB接口，本文將對這三種方法逐一進行介紹。

　　基于Linux的USB設備與USB主機一般有以下三種通信方式：1．一些功能最完備結構也最復雜的設備采用用戶定制內核模塊來實現在標準USB總線上運行復雜的高級協議，而由USB主機上相應的用戶驅動程序和應用來完成連接。2．另一些基于Linux的USB設備則利用USB總線來實現與主機上所運行的某個應用的簡單的點對點串行連接。主機上的應用雖然利用了主操作系統所提供的USB編程接口，但表面看來卻似乎是在通過一個典型的串口進行通信。3．最后，還有些設備以主計算機作為網關，將USB設備連接到辦公局域網或互聯網上，從而使USB設備看起仿佛構成了一個以太網。這種方法專業性較強，但通常可行，是主機驅動程序使該方法成為可能。

　　在這三種方法中，您可以根據預留給開發的時間長短和期望USB接口在嵌入式應用中所扮演的角色來決定選用那一種方法比較恰當。為了幫助您做出正確的選擇，下一節將向您介紹這三種方法分別應用于基于Linux的USB設備時的情況，但首先讓我們對USB接口做一個大致介紹。

USB概述

　　USB是一種方便快捷的接口，可用于為計算機工作站連接一些小配件。根據USB規范的定義，鼠標、鍵盤、音頻播放和錄音設備、照相機、大容量存儲設備以及許多其他設備均可以通過USB接口，以高達480Mbps的速度連接到一臺主計算機。協議定制者對USB上運行的這種復雜的主從式協議做出了仔細的說明，這就幫助保證了所有這些設備之間具備互操作性和兼容性。例如，該協議規定，USB設備只有在被詢問時才可以回答，并且USB主機會根據所連接的USB設備類型的不同，采用某些特定的格式，在某些特定的時間段從不同的設備獲取數據。

　　USB 設備和主機之間通常通過專用的總線控制芯片建立連接。在USB主機上，名為UHCI或OHCI等的控制芯片通過插卡形式加入主機或直接集成到工作站的主板上。在主機一端的總線控制驅動程序管理著主機控制芯片，它同時還跟蹤監視著主機目前連接的是哪些USB設備，從而決定應如何與它們通信。

　　可用于連接照相機和鼠標之類USB設備的總線控制器有很多種。其中的一種就在一塊芯片上同時集成了USB接口以及另一端的串口、I2C接口或并口。USB控制器(包括主機上的和USB設備上的控制器)也可能集成到英特爾StrongARM或 Hitachi H8之類的微控制器中去。這些芯片及其外圍部件有點類似以太網和CAN控制器，不同的是他們用于連接USB設備，并運行USB協議。

　　很多人都知道Linux操作系統中包含了USB主機控制器的驅動程序，因而USB鍵盤、數碼相機以及其他一些USB設備都可以在一個運行Linux操作系統的桌面工作站上使用。但很少有人知道Linux中還包含了一組USB設備控制器的驅動程序，尤其是集成到StrongARM SA1110處理器中的控制器。有了這些控制器驅動程序，基于Linux的嵌入式系統就能利用USB接口來與主計算機(運行Linux或其他操作系統)通信。大多數USB通信的實現過程都是雙端的。主機利用一個內核模塊或驅動程序來與USB設備通信，而USB設備則通過其自身的驅動程序來與主機通信。根據主機和USB設備所采用的通信風格的不同，驅動程序可以很簡單明白，也可以很復雜，很具挑戰性。本文主要關注USB設備端的通信過程，但也在適當的地方包含了關于主機端通信過程實現的信息。

　　以下討論的技術應當引起讀者的注意。本文的目的是介紹如何在數碼相機和PDA等基于Linux的 USB設備上使用Linux。此處所指的USB設備是嚴格意義上的USB設備，即帶正方形連接器的完整的設備，而不是哪些連接器形狀為扁平矩形的設備。此外，USB連接的另一端(通常是一臺PC工作站)，應該是一臺USB主機。

　　關于USB信息包的格式和通信參數的詳細信息，見本文的參考文獻。

通過編寫內核模塊添加USB接口

1. USB設備端通信過程

　　向一個基于Linux的設備中添加USB接口的第一種方法是編寫一個用戶定制的Linux內核模塊，這也是可實現最完備功能的一種做法。采用這種方法時通常需要針對主機的操作系統(Windows, Linux等)開發相應的驅動程序。