在本文的第一部分 [LJ, 2003 年 2 月] 中，我介绍了 USB 串口层以及如何向该层注册驱动程序的基础知识。本文解释了关于数据如何流经该层以及 USB 串口设备如何在 sysfs 中显示的一些细节。

在本文的第一部分中，我简要提到了通用 USB 驱动程序，它可以在无需自定义内核编程的情况下轻松实现 USB 设备的通信。不幸的是，我没有确切地解释如何做到这一点，许多人写信来询问。

要创建一个与通用 USB 串口驱动程序配合使用的 USB 设备，所需的只是设备上的两个批量 USB 端点，一个 IN 和一个 OUT。通用 USB 串口驱动程序会将这两个端点绑定在一起，形成一个可以从用户空间读取和写入的 tty 设备。例如，一个具有 /proc/bus/usb/devices（图 1）描述的端点的设备显示为一个单端口设备，并在插入时产生以下内核消息

Generic converter detected
Generic converter now attached to ttyUSB0
    (or usb/tts/0 for devfs)

然后任何用户都可以通过 /dev/ttyUSB0 节点向设备发送数据。

图 1. /proc/bus/usb/devices 条目示例

如果一个设备具有多个批量 IN 和批量 OUT 对，则会为该设备分配多个端口。例如，一个具有 /proc/bus/usb/devices（图 2）描述的端点的设备显示为一个双端口设备，并在插入时产生以下内核消息

Generic converter detected
Generic converter now attached to ttyUSB0
    (or usb/tts/0 for devfs)
Generic converter now attached to ttyUSB1
    (or usb/tts/1 for devfs)

对于此设备，/dev/ttyUSB0 和 /dev/ttyUSB1 都可以用于通信。

图 2. /proc/bus/usb/devices 中双端口设备的条目

端点的顺序并不重要，因此所有 IN 端点可以首先出现，然后是 OUT 端点（与之前的交替示例不同）。USB 串口核心将获取所有的 IN 和 OUT 端点，并按照它们出现的顺序进行配对。如果存在中断端点，它也会将其分配给批量对，但中断端点不会被通用驱动程序使用；它只能由内核中的 USB 串口驱动程序使用。

要使通用 USB 串口驱动程序绑定到设备，需要在加载 usbserial 模块时将 USB 供应商 ID 和产品 ID 指定为模块参数。例如，要绑定到之前描述的供应商 ID 为 ffff 和产品 ID 为 fff8 的设备，请使用以下命令

modprobe usbserial vendor=0xffff product=0xfff8

如果用户不能被期望使用特定的设备 ID 加载 usbserial 模块，或者如果通用 USB 串口驱动程序应该使用多个设备 ID，则可以编写一个非常小的驱动程序。清单 1 中显示了一个示例。在此驱动程序中，没有指定回调函数，只指定了应控制的设备的产品和供应商 ID。这在 struct usb_serial_device_type 的声明中显示

static struct usb_serial_device_type tiny_device = {
    .owner =            THIS_MODULE,
    .name =             "Tiny USB serial",
    .short_name =       "tiny",
    .id_table =         id_table,
    .num_interrupt_in = NUM_DONT_CARE,
    .num_bulk_in =      NUM_DONT_CARE,
    .num_bulk_out =     NUM_DONT_CARE,
    .num_ports =        1,
};

static struct usb_device_id id_table [] = {
    { USB_DEVICE(MY_PRODUCT_ID, MY_DEVICE_ID1) },
    { USB_DEVICE(MY_PRODUCT_ID, MY_DEVICE_ID2) },
    { USB_DEVICE(MY_PRODUCT_ID, MY_DEVICE_ID3) },
    { }     /* Terminating entry */
};

清单 1. 微型 USB 串口驱动程序

总而言之，此驱动程序仅包含两个函数，它们分别只有两行和三行长，以及三个变量定义。有了它，所有通用 USB 串口驱动程序的功能都将为指定的设备发生。驱动程序会在设备插入系统时自动加载，这也是一个不错的功能。这必须是可能的最小的工作 Linux 内核驱动程序之一。使用以下命令编译它

echo "obj-m := tiny_tiny_usbserial.o" > Makefile
make -C <path/to/kernel/src> SUBDIRS=$PWD modules

Windows 操作系统也通过 Windows USB OPOS 串口驱动程序支持这种设备接口，这将为设备创建虚拟“COM”端口。这允许硬件供应商创建 USB 设备，这些设备不需要为 Linux 和 Windows 机器进行任何自定义驱动程序开发，这可能是非常理想的。

当插入 USB 转串口设备时，会执行一系列漫长的步骤，以允许特定的 USB 转串口驱动程序控制单个 tty 设备。步骤如下

在此过程之后，tty 设备节点绑定到各个 USB 串口端口。当用户打开设备节点时，内核中会发生以下步骤

当用户在设备节点上调用 write() 以将数据发送到指定的串口时，内核中会发生以下步骤

schedule_work(&port->work);

当 USB 串口驱动程序为特定端口接收到数据时，它应该将数据放入分配给该端口的翻转缓冲区的特定 tty 结构中

for (i = 0; i < data_size; ++i) {
    if (tty->flip.count >= TTY_FLIPBUF_SIZE)
        tty_flip_buffer_push(tty);
    tty_insert_flip_char(tty, data[i], 0);
}
tty_flip_buffer_push(tty);

当用户关闭设备节点时，内核中会发生以下步骤

在之前对 USB 串口设备如何绑定到特定 USB 串口驱动程序的描述中，内核驱动程序核心被调用了多次。发生这种情况是因为 USB 串口核心在内核驱动程序模型中被表示为一个总线，允许单个 USB 设备上存在多个端口。

例如，以下设备是系统上第一个 USB 总线上的八端口 USB 转串口设备。它在 sysfs 中的位置是 /sys/devices/pci0/00:09.0/usb1/1-1/1-1.1。在该目录中包含以下目录和文件：1-1.1:0/、bcdDevice、bConfigurationValue、bDeviceClass、bDeviceProtocol、bDeviceSubClass、bmAttributes、bMaxPower、bNumConfigurations、bNumInterfaces、idProduct、idVendor、manufacturer、name、power、product、serial、speed、ttyUSB0/、ttyUSB1/、ttyUSB2/、ttyUSB3/、ttyUSB4/、ttyUSB5/、ttyUSB6/ 和 ttyUSB7/。

此目录中的文件提供此设备的 USB 特定信息，1-1.1:0/ 目录中的文件也是如此，它是此设备上的第一个接口。ttyUSB* 目录由 USB 串口核心创建，包含以下文件：dev、name 和 power。

dev 文件包含此特定设备的主设备号和次设备号，然后可以用来确定与其通信的正确设备节点。在 /sys/bus/usb 目录中，此 USB 设备被视为绑定到 io_edgeport USB 驱动程序（图 3）。

图 3. /sys/bus/usb 树

还有一个 usb-serial 总线，它显示了注册到内核的各个 USB 串口端口（图 4）。由于这些单独的端口是 tty 设备，它们也会出现在 tty 类目录中（图 5）。

图 4. /sys/bus/usb-serial 树

图 5. /sys/class/tty 树

通过所有这些指向单个 USB 设备的不同链接，可以轻松确定 USB 设备的类型、它有多少个 tty 端口以及哪种类型的 USB 串口驱动程序控制它。这也比本文第一部分中描述的 /proc/tty/driver/usb-serial 文件中显示的信息要多得多。

sysfs 接口在此仅作简要描述，但它包含关于给定时间系统中所包含的所有物理和虚拟设备的丰富信息。有关 sysfs 和内核驱动程序模型的更好描述，请参阅 Pat Mochel 在 2003 年 linux.conf.au 上发表的论文，网址为 www.kernel.org/pub/linux/kernel/people/mochel/doc/lca。