USB設備越來越多，而Linux在硬件配置上仍然沒有做到完全即插即用，對於Linux怎樣配置和使用他們，也越來越成爲困擾我們的一大問題。本文着力從Linux系統下設備驅動的架構，去闡述怎樣去使用和配置以及怎樣編制USB設備驅動。對於一般用戶，可以使我們明晰Linux設備驅動方式，爲更好地配置和使用USB設備提供了方便；而對於希望開發Linux系統下USB設備驅動的程序員，提供了初步學習USB驅動架構的機會。
USB是英文"Universal Serial Bus"的縮寫，意爲"通用串行總線"。是由Compaq(康柏)、DEC、IBM、Intel、NEC、微軟以及Northern Telecom（北方電訊）等公司於1994年11月共同提出的，主要目的就是爲了解決接口標準太多的弊端。USB使用一個4針插頭作爲標準插頭，並通過這個標準接頭，採用菊花瓣形式把所有外設連接起來，它採用串行方式傳輸數據，目前最大數據傳輸率爲12Mbps, 支持多數據流和多個設備並行操作，允許外設熱插拔。
目前USB接口雖然只發展了2代（USB1.0/1.1，USB2.0），但是USB綜合了一個多平臺標準的所有優點 -- 包括降低成本，增加兼容性，可連接大量的外部設備，融合先進的功能和品質。使其逐步成爲PC接口標準，進入了高速發展期。
那麼對於使用Linux系統，正確支持和配置常見的USB設備，就是其使用必不可少的關鍵一步。
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模塊（驅動程序）
模塊（module）是在內核空間運行的程序，實際上是一種目標對象文件，沒有鏈接，不能獨立運行，但是可以裝載到系統中作爲內核的一部分運行，從而可以動態擴充內核的功能。模塊最主要的用處就是用來實現設備驅動程序。
Linux下對於一個硬件的驅動，可以有兩種方式：直接加載到內核代碼中，啓動內核時就會驅動此硬件設備。另一種就是以模塊方式，編譯生成一個.o文件。當應用程序需要時再加載進內核空間運行。所以我們所說的一個硬件的驅動程序，通常指的就是一個驅動模塊。
設備文件
對於一個設備，它可以在/dev下面存在一個對應的邏輯設備節點，這個節點以文件的形式存在，但它不是普通意義上的文件，它是設備文件，更確切的說，它是設備節點。這個節點是通過mknod命令建立的，其中指定了主設備號和次設備號。主設備號表明了某一類設備，一般對應着確定的驅動程序；次設備號一般是區分不同屬性，例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作。這個設備號是從/proc/devices文件中獲得的，所以一般是先有驅動程序在內核中，纔有設備節點在目錄中。這個設備號（特指主設備號）的主要作用，就是聲明設備所使用的驅動程序。驅動程序和設備號是一一對應的，當你打開一個設備文件時，操作系統就已經知道這個設備所對應的驅動程序。
SCSI 設備
SCSI是有別於IDE的一個計算機標準接口。現在大部分平板式掃描儀、CD-R刻錄機、MO光磁盤機等漸漸趨向使用SCSI接口，加之SCSI又能提供一個高速傳送通道，所以，接觸到SCSI設備的用戶會越來越多。Linux支持很多種的SCSI設備，例如：SCSI硬盤、SCSI光驅、SCSI磁帶機。更重要的是，Linux提供了IDE設備對SCSI的模擬（ide-scsi.o模塊），我們通常會就把IDE光驅模擬爲SCSI光驅進行訪問。因爲在Linux中很多軟件都只能操作SCSI光驅。例如大多數刻錄軟件、一些媒體播放軟件。通常我們的USB存儲設備，也模擬爲SCSI硬盤而進行訪問。
Linux硬件驅動架構
對於一個硬件，Linux是這樣來進行驅動的：首先，我們必須提供一個.o的驅動模塊文件（這裏我們只說明模塊方式，其實內核方式是類似的）。我們要使用這個驅動程序，首先要加載運行它（insmod *.o）。這樣驅動就會根據自己的類型（字符設備類型或塊設備類型，例如鼠標就是字符設備而硬盤就是塊設備）向系統註冊，註冊成功系統會反饋一個主設備號，這個主設備號就是系統對它的唯一標識（例如硬盤塊設備在/proc/devices中顯示的主設備號爲3 ，我們用ls -l /dev/had看到的主設備就肯定是3）。驅動就是根據此主設備號來創建一個一般放置在/dev目錄下的設備文件（mknod命令用來創建它，它必須用主設備號這個參數）。在我們要訪問此硬件時，就可以對設備文件通過open、read、write等命令進行。而驅動就會接收到相應的read、write操作而根據自己的模塊中的相應函數進行了。
其中還有幾個比較有關係的東西：一個是/lib/modules/2.4.XX目錄，它下面就是針對當前內核版本的模塊。只要你的模塊依賴關係正確（可以通過depmod設置），你就可以通過modprobe 命令加載而不需要知道具體模塊文件位置。 另一個是/etc/modules.conf文件，它定義了一些常用設備的別名。系統就可以在需要此設備支持時，正確尋找驅動模塊。例如alias eth0 e100，就代表第一塊網卡的驅動模塊爲e100.o。他們的關係圖如下：
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內核中配置.
要啓用 Linux USB 支持，首先進入"USB support"節並啓用"Support for USB"選項（對應模塊爲usbcore.o）。儘管這個步驟相當直觀明瞭，但接下來的 Linux USB 設置步驟則會讓人感到糊塗。特別地，現在需要選擇用於系統的正確 USB 主控制器驅動程序。選項是"EHCI" （對應模塊爲ehci-hcd.o）、"UHCI" （對應模塊爲usb-uhci.o）、"UHCI (alternate driver)"和"OHCI" （對應模塊爲usb-ohci.o）。這是許多人對 Linux 的 USB 開始感到困惑的地方。
要理解"EHCI"及其同類是什麼，首先要知道每塊支持插入 USB 設備的主板或 PCI 卡都需要有 USB 主控制器芯片組。這個特別的芯片組與插入系統的 USB 設備進行相互操作，並負責處理允許 USB 設備與系統其它部分通信所必需的所有低層次細節。
Linux USB 驅動程序有三種不同的 USB 主控制器選項是因爲在主板和 PCI 卡上有三種不同類型的 USB 芯片。"EHCI"驅動程序設計成爲實現新的高速 USB 2.0 協議的芯片提供支持。"OHCI"驅動程序用來爲非 PC 系統上的（以及帶有 SiS 和 ALi 芯片組的 PC 主板上的）USB 芯片提供支持。"UHCI"驅動程序用來爲大多數其它 PC 主板（包括 Intel 和 Via）上的 USB 實現提供支持。只需選擇與希望啓用的 USB 支持的類型對應的"?HCI"驅動程序即可。如有疑惑，爲保險起見，可以啓用"EHCI"、"UHCI" （兩者中任選一種，它們之間沒有明顯的區別）和"OHCI"。（ 趙明注：根據文檔，EHCI已經包含了UHCI和OHCI，但目前就我個人的測試，單獨加EHCI是不行的，通常我的做法是根據主板類型加載UHCI或OHCI後，再加載EHCI這樣纔可以支持USB2.0設備）。
啓用了"USB support"和適當的"?HCI"USB 主控制器驅動程序後，使 USB 啓動並運行只需再進行幾個步驟。應該啓用"Preliminary USB device filesystem"，然後確保啓用所有特定於將與 Linux 一起使用的實際 USB 外圍設備的驅動程序。例如，爲了啓用對 USB 遊戲控制器的支持，我啓用了"USB Human Interface Device (full HID) support"。我還啓用了主"Input core support" 節下的"Input core support"和"Joystick support"。
一旦用新的已啓用 USB 的內核重新引導後，若/proc/bus/usb下沒有相應USB設備信息，應輸入以下命令將 USB 設備文件系統手動掛裝到 /proc/bus/usb：
# mount -t usbdevfs none /proc/bus/usb |
爲了在系統引導時自動掛裝 USB 設備文件系統，請將下面一行添加到 /etc/fstab 中的 /proc 掛裝行之後：
none /proc/bus/usb usbdevfs defaults 0 0 |
模塊的配置方法.
在很多時候，我們的USB設備驅動並不包含在內核中。其實我們只要根據它所需要使用的模塊，逐一加載。就可以使它啓作用。
首先要確保在內核編譯時以模塊方式選擇了相應支持。這樣我們就應該可以在/lib/modules/2.4.XX目錄看到相應.o文件。在加載模塊時，我們只需要運行modprobe xxx.o就可以了（modprobe主要加載系統已經通過depmod登記過的模塊，insmod一般是針對具體.o文件進行加載）
對應USB設備下面一些模塊是關鍵的。
| usbcore.o | 要支持usb所需要的最基礎模塊 |
| usb-uhci.o | （已經提過） |
| usb-ohci.o | （已經提過） |
| uhci.o | 另一個uhci驅動程序，我也不知道有什麼用，一般不要加載，會死機的 |
| ehci-hcd.o | （已經提過 usb2.0） |
| hid.o | USB人機界面設備，像鼠標呀、鍵盤呀都需要 |
| usb-storage.o | USB存儲設備，U盤等用到 |
相關模塊
| ide-disk.o | IDE硬盤 |
| ide-scsi.o | 把IDE設備模擬SCSI接口 |
| scsi_mod.o | SCSI支持 |
注意kernel config其中一項：
Probe all LUNs on each SCSI device |
最好選上，要不某些同時支持多個口的讀卡器只能顯示一個。若模塊方式就要帶參數安裝或提前在/etc/modules.conf中加入以下項，來支持多個LUN。
add options scsi_mod max_scsi_luns=9 |
| sd_mod.o | SCSI硬盤 |
| sr_mod.o | SCSI光盤 |
| sg.o | SCSI通用支持（在某些探測U盤、SCSI探測中會用到） |
常見USB設備及其配置
在Linux 2.4的內核中已經支持不下20種設備。它支持幾乎所有的通用設備如鍵盤、鼠標、modem、打印機等，並不斷地添加廠商新的設備象數碼相機、MP3、網卡等。下面就是幾個最常見設備的介紹和使用方法：
USB鼠標：
鍵盤和鼠標屬於低速的輸入設備，對於已經爲用戶認可的PS/2接口，USB鍵盤和USB鼠標似乎並沒有太多更優越的地方。現在的大部分鼠標採用了PS/2接口，不過USB接口的鼠標也越來越多，兩者相比，各有優勢：一般來說，USB的鼠標接口的帶寬大於PS/2鼠標，也就是說在同樣的時間內，USB鼠標掃描次數就要多於PS/2鼠標，這樣在定位上USB鼠標就更爲精確；同時USB接口鼠標的默認採樣率也比較高，達到125HZ，而PS/2接口的鼠標僅有40HZ（Windows 9x/Me）或是60HZ（Windows NT/2000）。
對於USB設備你當然必須先插入相應的USB控制器模塊：usb-uhci.o或usb-ohci.o
modprobe usb-uhci |
USB鼠標爲了使其正常工作，您必須先插入模塊usbmouse.o和mousedev.o
modprobe usbmouse modprobe mousedev |
若你把HID input layer支持和input core 支持也作爲模塊方式安裝，那麼啓動hid模塊和input模塊也是必要的。
modprobe hid modprobe input |
USB鍵盤：
一般的，我們現在使用的鍵盤大多是PS/2的，USB鍵盤還比較少見，但是下來的發展，鍵盤將向USB接口靠攏。使用USB鍵盤基本上沒有太多的要求，只需在主板的BIOS設定對USB鍵盤的支持，就可以在各系統中完全無障礙的使用，而且更可以真正做到在即插即用和熱插拔使用,並能提供兩個USB連接埠：讓您可以輕易地直接將具有USB接頭的裝置接在您的鍵盤上，而非計算機的後面。
同樣你當然必須先插入相應的USB控制器模塊：usb-uhci.o或usb-ohci.o
modprobe usb-uhci |
然後您還必須插入鍵盤模塊usbkbd.o，以及keybdev.o，這樣usb鍵盤才能夠正常工作。此時，運行的系統命令：
modprobe usbkbd modprobe keybdev |
同樣若你把HID input layer支持和input core 支持也作爲模塊方式安裝，那麼啓動hid模塊和input模塊也是必要的。
U盤和USB讀卡器：
數碼存儲設備現在對我們來說已經是相當普遍的了。CF卡、SD卡、Memory Stick等存儲卡已經遍及我們的身邊，通常，他們的讀卡器都是USB接口的。另外，很多MP3、數碼相機也都是USB接口和計算機進行數據傳遞。更我們的U盤、USB硬盤，作爲移動存儲設備，已經成爲我們的必須裝備。
在Linux下這些設備通常都是以一種叫做usb-storage的方式進行驅動。要使用他們必須加載此模塊
modprobe usb-storage |
當然，usbcore.o 和usb-uhci.o或usb-ohci也肯定是不可缺少的。另外，若你係統中SCSI支持也是模塊方式，那麼下面的模塊也要加載
modprobe scsi_mod modprobe sd_mod |
在加載完這些模塊後，我們插入U盤或存儲卡，就會發現系統中多了一個SCSI硬盤，通過正確地mount它，就可以使用了（SCSI硬盤一般爲/dev/sd?，可參照文章後面的常見問題解答）。
mount /dev/sda1 /mnt |
Linux支持的其他USB設備。
MODEM--（比較常見） 網絡設備
攝像頭--（比較常見）例如ov511.o
聯機線--可以讓你的兩臺電腦用USB線實現網絡功能。usbnet.o
顯示器--（我沒見過）
遊戲杆
電視盒--（比較常見）
手寫板--（比較常見）
掃描儀--（比較常見）
刻錄機--（比較常見）
打印機--（比較常見）
注意：上面所說的每個驅動模塊，並不是都要手動加載，有很多系統會在啓動或你的應用需要時自動加載的，寫明這些模塊，是便於你在不能夠使用USB設備時，可以自行檢查。只要用lsmod確保以上模塊已經被系統加載，你的設備就應該可以正常工作了。當然注意有些模塊已經以內核方式在kernel啓動時存在了（這些模塊文件在/lib/modules/2.4.XX中是找不到的）。
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- 有USB設備的系統安裝完redhat 7.3啓動死機問題 有USB設備，當你剛裝完redhat 7.3第一次啓動時，總會死掉。主要原因是Linux在安裝時探測到有usb-uhci和ehci-hcd兩個控制器，但在啓動時，加載完usb-uhci再加載ehci-hcd就會有衝突。分析認爲redhat7.3系統內核在支持USB2.0標準上存在問題。在其他版本的Linux中均不存在此問題。解決辦法：在lilo或grub啓動時用命令行傳遞參數init=/sbin/init。這樣在啓動後就不運行其他服務而直接啓動shell。然後運行
mount -o remount,rw / 使/ 可寫，init直接啓動的系統默認只mount /爲只讀
然後vi /etc/modules.config文件
刪除alias usb-controller1 ehci-hcd一行。或前面加#註釋掉
然後mount -o remount,ro / 使/ 只讀，避免直接關機破壞文件系統
然後就可以按Ctrl-Alt-Delete直接重啓了
或許，你有更簡單的辦法：換USB鍵盤和鼠標爲PS2接口，啓動後修改/etc/modules.config文件。 - 我們已經知道U盤在Linux中會模擬爲SCSI設備去訪問，可怎麼知道它對應那個SCSI設備呢？ 方法1：推測。通常你第一次插入一個SCSI設備，它就是sda，第二個就是sdb以此類推。你啓動Linux插入一個U盤，就試試sda，換了一個就可能是sdb。這裏注意兩個特例：1） 你用的是聯想U盤，它可能存在兩個設備區（一個用於加密或啓動電腦），這樣就可能一次用掉兩個sda、sdb，換個U盤就是sdc、sdd。2） 聯想數碼電腦中，可能已經有了六合一讀卡器。它同樣也是USB存儲設備。它會佔掉一個或兩個SCSI設備號。方法2：看信息。其實，只要你提前把usb-storage.o、scsi_mod.o、sd_mod.o模塊加載（直接在kernel中也可以）了，在你插入和拔出U盤時，系統會自動打出信息如下：
SCSI device sda: 60928 512-byte hdwr sectors ( 31 MB ) sda: Write Protect is on
根據此信息，你就知道它在sda上了。當然，可能你的系統信息級別比較高，上述信息可能沒有打出，這時候你只要tail /var/log/messages就可以看到了。方法3：同樣，cat /proc/partitions也可以看到分區信息，其中sd?就是U盤所對應的了。若根本沒有sd設備，就要檢查你的SCSI模塊和usb-storage模塊是否正確加載了。 - 在使用U盤或存儲卡時，我該mount /dev/sda還是/dev/sda1呢？ 這是一個歷史遺留問題。存儲卡最初尺寸很小，很多廠商在使用時，就直接使用存儲，不含有分區表信息。而隨着存儲卡尺寸的不斷擴大，它也就引入了類似硬盤分區的概念。例如/dev/hda你可以分成主分區hda1、hda2擴展分區hda3，然後把擴展分區hda3又分爲邏輯分區hda5、hda6、hda7等。這樣，通常的U盤就被分成一個分區sda1，類似把硬盤整個分區分成一個主分區hda1。實際上，我們完全可以通過fdisk /dev/sda對存儲卡進行完全類似硬盤的分區方式分成sda1、sda2甚至邏輯分區sda5、sda6。實際上，對USB硬盤目前你的確需要這樣，因爲它通常都是多少G的容量。而且通常，它裏面就是筆記本硬盤。一個好玩的問題。你在Linux下用fdisk /dev/sda 對U盤進行了多分區，這時候到windows下，你會發現怎麼找，怎麼格式化，U盤都只能找到第一個分區大小尺寸，而且使用看不出任何問題。這主要是windows驅動對U盤都只支持一個分區的緣故。你是不是可以利用它來進行一些文件的隱藏和保護？你是不是可以和某些人沒玩過Linux的人開些玩笑：你的U盤容量變小了J。現在較多的數碼設備也和windows一樣，是把所有U盤容量分爲一個，所以在對待U盤的時候，通常你mount的是sda1。但對於某些特殊的數碼設備格式化的U盤或存儲卡（目前我發現的是一款聯想的支持模擬USB軟盤的U盤和我的一個數碼相機），你就要mount /dev/sda。因爲它根本就沒分區表（若mount /dev/sda1通常的效果是死掉）。其實，這些信息，只要你注意了/proc/partitions文件，都應該注意到的。
- 每次插入U盤，都要尋找對應設備文件名，都要手動mount，我能不能做到象windows那樣插入就可以使用呢。 當然可以，不過你需要做一些工作。我這裏只提供一些信息幫助你去嘗試完成設置：Linux內核提供了一種叫hotplug支持的東西，它可以讓你係統在PCI設備、USB等設備插拔時做一些事情。而automount 功能可以使你的軟驅、光盤等設備的分區自動掛載和自動卸載。你甚至可以在KDE桌面中創建相應的圖標，方便你操作。具體設置方法就要你自己去嘗試了。反正我使用Linux已經麻木了，不就是敲一行命令嘛。
- 《LINUX設備驅動程序》
ALESSANDRO RUBINI著
LISOLEG 譯
- 《Linux系統分析與高級編程技術》
周巍鬆 編著
- Linux Kernel-2.4.20源碼和文檔說明