title: linux usb总线驱动

tags: linux

date: 2018/12/11/ 17:14:30

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linux usb总线驱动框架

title: linux usb总线驱动tags: linuxdate: 2018/12/11/ 17:14:30toc: true

USB 介绍

当插入一个未知的usb设备，电脑也会有相应的提示？
1. 插入有反应，是因为电脑的usb作为主机设备，有一个下拉电阻，从机上拉电压通知
2. 识别到一些信息，是因为有着标准的 usb 总线协议，有一些简单的标准的交互方式获取信息。
usb 设备的基本构成
1. 控制usb设备，其实也就是控制usb的寄存器来通过usb总线协议来与设备读写来实现具体的功能。
2. usb 总线协议一般内核都会自带，我们只需要写总线协议下面的逻辑控制就好了
usb也是主从结构，读写只能由主机发起
新接入的USB设备的默认地址(编号)是0，在未分配新编号前，PC主机使用0地址和它通信
所谓热拔插，其实是因为在主机上的D+和D-都接了15k下拉电阻，平时为低电平。从机有上拉电阻
- 全速设备（12M/s）和高速设备（480M/s）：D+ 上拉1.5k
- 低俗设备：D-上拉1.5k

传输类型

类型	可靠性	时间性	举例
控制传输	可靠	有保证	usb设备识别
批量传输	可靠	没有保证	U盘
中断传输	可靠	实时	鼠标
实时同步传输	不可靠	实时	摄像头

USB中传输的对象为端点，端点0是每个设备都有的，作为控制传输，可读可写。其他端点只有一个方向。

控制器接口

USB规范都是从寄存器级别规定好的，不过各个厂商可能有自己的几个专用的寄存器 参考

OHCI（Open Host Controller Interface）:微软主导的低速USB1.0(1.5Mbps)和全速USB1.1(12Mbps),OHCI接口的软件简单,硬件复杂其实这个不止是usb上用，其他接口也有用的

UHCI（Universal Host Controller Interface）: Intel主导的低速USB1.0(1.5Mbps)和全速USB1.1(12Mbps), 而UHCI接口的软件复杂,硬件简单

EHCI（Enhanced Host Controller Interface）：高速USB2.0(480Mbps),

xHCI（eXtensible Host Controller Interface）：USB3.0(5.0Gbps),采用了9针脚设计,同时也支持USB2.0、1.1等

2440接口

2440是兼容OHCI Rev 1.0的在数据手册上有标准，同时我们插入usb的时候也会有指示类似如下：

# usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 2

usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice

usb 1-1: USB disconnect, address 2

基本流程

硬件插入，在D+或者D-上有电平变化，通知主机
主机通过端点地址0与usb设备交互，分配地址给usb从设备
通过端点0获取从设备的信息
安装对应的设备驱动，提供读写设备的函数

当插入usb时候，提示如下，搜索相关字符grep "USB device using" * -nR，可以在drivers\usb\core\hub.c中找到hub_port_init中调用

# usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 2

usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice

usb 1-1: USB disconnect, address 2

每一个 USB 主机控制器，都自带了一个 USB HUB， HUB 上再接“ USB 设备”。可以认为

"HUB"是一个特殊的"USB 设备"。

linux usb总线驱动(一)

继续搜索可以有如下关系

>hub_thread

	>hub_events

		>hub_port_connect_change(struct usb_hub *hub, int port1,u16 portstatus, u16 portchange)

			//分配一个 usb_device 空间

			>usb_alloc_dev(hdev, hdev->bus, port1);

				>kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL)

				>device_initialize(&dev->dev)

				>dev->dev.bus = &usb_bus_type;

				>dev->dev.type = &usb_device_type

				>sprintf(&dev->dev.bus_id[0], "usb%d", bus->busnum); //usb 的编号

			//分配地址，最大127

			>choose_address(udev)

				>if (devnum >= 128) devnum = find_next_zero_bit(bus->devmap.devicemap, 128, 1);

			//根据 usb高速低速全速设置一些数据

			>hub_port_init(hub, udev, port1, i)

				//设置地址

				>hub_set_address

					>usb_control_msg

				//先读取必备的描述符 8

				>usb_get_device_descriptor(udev, 8)

					>usb_control_msg

				//18个长度的描述符

				>usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE)

				//打印usb信息

				>dev_info

			>usb_new_device(udev)

				//获取配置

				>usb_get_configuration

				//分配设备号

				>dev->dev.devt = MKDEV(USB_DEVICE_MAJOR,(((udev->bus->busnum-1) * 128) + (udev->devnum-1)))

				//这个是通用的函数哦，并不是单独给usb用的

				>device_add

					//创建设备文件

					>device_create_file

					>bus_add_device

					>bus_attach_device

						>bus_attach_device

							>device_attach(dev)

								>bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, dev, __device_attach)

									>__device_attach //(while ((drv = next_driver(&i)) && !error))

										>driver_probe_device(drv, dev)

											>if (drv->bus->match && !drv->bus->match(dev, drv))

												goto done;

											>really_probe(dev, drv);

												>dev->bus->probe

												>drv->probe //没有dev->bus->probe执行

					>list_for_each_entry

	//休眠

	>wait_event_interruptible

>hub_irq

	//唤醒队列

	>wake_up(&khubd_wait)

linux usb总线驱动(一)

alloc_dev

在usb_alloc_dev中初始化了总线设备类型，这与之前初始化platform的总线类型是类似的

dev->dev.bus = &usb_bus_type;

dev->dev.type = &usb_device_type;

都是属于bus_type，类比如下：

struct bus_type platform_bus_type = {

	.name		= "platform",

	.dev_attrs	= platform_dev_attrs,

	.match		= platform_match,

	.uevent		= platform_uevent,

	.suspend	= platform_suspend,

	.suspend_late	= platform_suspend_late,

	.resume_early	= platform_resume_early,

	.resume		= platform_resume,

};

struct bus_type usb_bus_type = {

	.name =		"usb",

	.match =	usb_device_match,

	.uevent =	usb_uevent,

	.suspend =	usb_suspend,

	.resume =	usb_resume,

};

这里的match也是同样的作用：设备插入时，总线驱动调用match来匹配

choose_address

分配usb的地址，支持最多127个设备端点

	devnum = find_next_zero_bit(bus->devmap.devicemap, 128,

			bus->devnum_next);

	if (devnum >= 128)

		devnum = find_next_zero_bit(bus->devmap.devicemap, 128, 1);

	udev->devnum = devnum;

hub_port_init

这里进行usb插入后的信息打印，设置地址，获取描述符等

hub_set_address(udev);

usb_get_device_descriptor(udev, 8);

	> memcpy(&dev->descriptor, desc, size);//存储的描述符结构

...

usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);

usb_get_device_descriptor

在hub_port_init首先获取8字节的描述符，因为所有设备都支持这8字节的描述符，也支持8字节这个最小长度。具体描述符先结构如下：



struct usb_device_descriptor {

 __u8  bLength;                          //本描述符的size

 __u8  bDescriptorType;              　　//描述符的类型，这里是设备描述符DEVICE

 __u16 bcdUSB;                           //指明usb的版本，比如usb2.0

 __u8  bDeviceClass;                  　　//类

 __u8  bDeviceSubClass;             　　  //子类

 __u8  bDeviceProtocol;                  //指定协议

 __u8  bMaxPacketSize0;            　　   //端点0对应的最大包大小

 __u16 idVendor;                         //厂家ID

 __u16 idProduct;                        //产品ID

 __u16 bcdDevice;                        //设备的发布号

 __u8  iManufacturer;                    //字符串描述符中厂家ID的索引

 __u8  iProduct;                         //字符串描述符中产品ID的索引

 __u8  iSerialNumber;                 　　//字符串描述符中设备序列号的索引

 __u8  bNumConfigurations;               //可能的配置的数目

} __attribute__ ((packed));

usb_control_msg

在hub_set_address和usb_get_device_descriptor中最终也是调用了这个usb_control_msg来与usb设备交互的。

usb_new_device

int usb_new_device(struct usb_device *udev)

{

   ... ...

   err = usb_get_configuration(udev); //(1)获取配置描述块

　　... ...

　　err = device_add(&udev->dev);      // (2)把device放入bus的dev链表中,并寻找对应的设备驱动

}

usb_get_configuration

//支持最大8种配置

if (ncfg > USB_MAXCONFIG) {

    dev_warn(ddev, "too many configurations: %d, "

             "using maximum allowed: %d\n", ncfg, USB_MAXCONFIG);

    dev->descriptor.bNumConfigurations = ncfg = USB_MAXCONFIG;

}

//分配9字节存储,读取描述符中的各种配置

buffer = kmalloc(USB_DT_CONFIG_SIZE, GFP_KERNEL);

usb_get_descriptor(dev, USB_DT_CONFIG, cfgno,buffer, USB_DT_CONFIG_SIZE);

//分配配置使用实际允许的大小

length = max((int) le16_to_cpu(desc->wTotalLength),USB_DT_CONFIG_SIZE);

bigbuffer = kmalloc(length, GFP_KERNEL);

usb_get_descriptor(dev, USB_DT_CONFIG, cfgno,bigbuffer, length);

//填充

dev->rawdescriptors[cfgno] = bigbuffer;

//解析

usb_parse_configuration

device_add

dev = get_device(dev);

parent = get_device(dev->parent);

error = setup_parent(dev, parent);

//创建类下的文件

error = device_create_file(dev, &dev->uevent_attr);

。。

//把这个设备添加到dev->bus的device表中

bus_add_device

///来匹配对应的驱动程序

bus_attach_device

//链表遍历

list_for_each_entry(class_intf, &dev->class->interfaces, node)

bus_attach_device

device_add中会调用bus_attach_device来运行匹配函数后运行probe

bus_attach_device

	>device_attach(dev)

		>bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, dev, __device_attach)//函数指针在这里

			>__device_attach   //(while ((drv = next_driver(&i)) && !error))

				>driver_probe_device(drv, dev)

					>if (drv->bus->match && !drv->bus->match(dev, drv))

						goto done;

					>really_probe(dev, drv);

						>dev->bus->probe

						>drv->probe //如果没有dev->bus->probe执行

match

这个时候再来看匹配总线的函数

struct bus_type usb_bus_type = {

	.name =		"usb",

	.match =	usb_device_match,

	.uevent =	usb_uevent,

	.suspend =	usb_suspend,

	.resume =	usb_resume,

};

static int usb_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)

{

       if (is_usb_device(dev)) {                       //判断是不是USB设备

              if (!is_usb_device_driver(drv))

                     return 0;

              return 1;

         }

else {                                                //否则就是USB驱动或者USB设备的接口

              struct usb_interface *intf;

              struct usb_driver *usb_drv;

              const struct usb_device_id *id;           

              if (is_usb_device_driver(drv))   //如果是USB驱动,就不需要匹配,直接return

                     return 0; 

              intf = to_usb_interface(dev);               //获取USB设备的接口

              usb_drv = to_usb_driver(drv);                    //获取USB驱动

              id = usb_match_id(intf, usb_drv->id_table);  //匹配USB驱动的成员id_table

              if (id)

                     return 1;

              id = usb_match_dynamic_id(intf, usb_drv);

              if (id)

                     return 1;

       }

       return 0;

}

查看下具体的id_table，具体的类型在include\linux\usb.h

struct usb_device_id {

       __u16             match_flags;   //与usb设备匹配那种类型？比较类型的宏如下:

 //USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO : 用于匹配设备的接口描述符的3个成员

 //USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_INFO: 用于匹配设备描述符的3个成员

 //USB_DEVICE_ID_MATCH_DEVICE_AND_VERSION: 用于匹配特定的USB设备的4个成员

 //USB_DEVICE_ID_MATCH_DEVICE:用于匹配特定的USB设备的2个成员(idVendor和idProduct)

       /* 以下4个用匹配描述特定的USB设备 */

       __u16             idVendor;              //厂家ID

       __u16             idProduct;             //产品ID

       __u16             bcdDevice_lo;        //设备的低版本号

       __u16             bcdDevice_hi;        //设备的高版本号

       /*以下3个就是用于比较设备描述符的*/

       __u8        bDeviceClass;                    //设备类

       __u8        bDeviceSubClass;                 //设备子类

       __u8        bDeviceProtocol;                 //设备协议

       /* 以下3个就是用于比较设备的接口描述符的 */

       __u8        bInterfaceClass;                   //接口类型

       __u8        bInterfaceSubClass;             //接口子类型

       __u8        bInterfaceProtocol;           //接口所遵循的协议

       /* not matched against */

       kernel_ulong_t       driver_info;

};

参考/drivers/hid/usbhid/usbmouse.c(内核自带的USB鼠标驱动)

static struct usb_device_id usb_mouse_id_table [] = {

	{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,

		USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },

	{ }	/* Terminating entry */

};

#define USB_INTERFACE_INFO(cl,sc,pr) \

//设置id_table的.match_flags成员

	.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, .bInterfaceClass = (cl), \

//设置id_table的3个成员,用于与匹配USB设备的3个成员

	.bInterfaceSubClass = (sc), .bInterfaceProtocol = (pr)

//最终结果如下

.bInterfaceClass =USB_INTERFACE_CLASS_HID;

   //设置匹配USB的接口类型为HID类, 因为USB_INTERFACE_CLASS_HID=0x03

   //HID类是属于人机交互的设备,比如:USB键盘,USB鼠标,USB触摸板,USB游戏操作杆都要填入0X03

.bInterfaceSubClass =USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT;

   //设置匹配USB的接口子类型为启动设备

.bInterfaceProtocol=USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE;

  //设置匹配USB的接口协议为USB鼠标的协议,等于2

  //当.bInterfaceProtocol=1也就是USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD时,表示USB键盘的协议

查看下win7系统鼠标的设备信息，VID:表示厂家(vendor)ID，PID:表示产品(Product) ID

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device_add

bus_attach_device

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