【Linux】USBとは?ホットプラグやUSBコントローラの仕組み

LinuxのUSBとは?ホットプラグやUSBコントローラの仕組みについてまとめました。

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USBとは

USBとは、コンピュータと周辺デバイスの間で用いられる通信規格です。

  • USBの特徴
    • 接続可能なデバイス数は最大127台
    • ホットプラグ対応(電源投入状態で接続・切断が可能)
    • バスパワー対応(USBポートでデバイスに電源供給可能)
    • デバイスの種類に関わらず同一のインターフェース(コネクタ)で接続可能
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ホットプラグの仕組み

「/etc/hotplug」以下にあるスクリプトが以下の動作を行うことで、ホットプラグを実現しています。

  1. デバイス接続
  2. Linuxカーネルがudevd(デーモン)に通知
  3. udevdは、「/etc/udevd/」以下にあるスクリプトファイルを実行し、動的にデバイスファイルを作成
  4. デバイスがhald(デバイスのデータベースを管理するデーモン)に通知され、新規のデバイス登録
  5. dbusが各アプリケーションにデバイス情報を通知し、各アプリケーションは接続されたデバイスを使用できる。
  6. 「/var/log/message」に接続されたデバイス情報のログを保存
  • hald
    • 「fstab-sync」を呼び出して「/etc/fstab」ファイルを動的に更新(追加、削除)する。
  • dbus
    • イベントを各種アプリケーションに通知するために、アプリケーション間のプロセス間通信を行うためのメッセージバス。
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デバイスファイルを動的に作成するときのルール

udevが動的にデバイスファイルを作成するときのルール(どんなデバイスが接続されたら、どんなデバイスファイルを作るかと)は、「/etc/udev/rules.d/」で定義されており、設定・変更が可能です。

クラスドライバ

クラス ドライバは、特定のUSB対応デバイス(ディスクドライブ、プリンタなど)と通信可能なフトウェアコンポーネント。適切特定のUSB対応デバイスに対応するクラス ドライバがあれば、専用のソフトウェアがなくても通信接続してすぐに利用できます。

ただし、クラス ドライバは一般的なクラスのUSB対応デバイス向けに作成されているため、特殊の機能を持つUSB対応デバイスの場合、特殊な機能だけが使えないこともあります。その場合は、製品に付属しているドライバをインストールする必要があります。

USBコントローラの確認

USBコントローラ(USBデバイスの制御装置)には、以下のものがあります。

  • UHCI(Universal Host Controler Interface)
    • 主にIntelが開発し、USB1.xに対応
    • コントローラドライバはusb-uhci.o
  • OHCI(Open Host Controler Interface)
    • 主にマイクロソフトが開発し、USB1.xに対応
    • コントローラドライバはusb-ohci.o
    • UHCIよりCPUの負荷が小さい
  • EHCI(Enhanced Host Controler Interface)
    • 主にIntelが開発し、USB2.xに対応

dmesg、spci、lsmod コマンドでUSBコントローラを確認できます。

$ dmesg | grep usb

$ lspci -v

$ lsmod | grep ehci

sbmodules コマンドで、USBデバイスが使用しているカーネルモジュールを確認できます。
例えば、「BUS 001、デバイス 001」のカーネルモジュールは以下のコマンドで確認できます。

$ usbmodules –device /proc/bus/usb/001/001

USBデバイス情報の取得と設定方法

USBデバイスの情報は、「/proc/bus/usb」以下の保存されています。
例えば、コンピュータに接続されているUSBデバイスの情報は、「/proc/bus/usb/devices」ファイルにあります。に記述さ$ cat /proc/bus/usb/devices

USBデバイス情報の取得(lsusbコマンド)

lsusb コマンドでもUSBデバイスの情報を確認できます。

lsusb [オプション]

オプション 説明
 -v 詳細情報を表示
-s [[パス]:] [デバイスID] 指定したパスやデバイスIDのデバイスのみ表示
 -t ツリー表示

$ lsusb

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