Linux USB驱动学习总结（二）---- USB设备驱动

2023-08-05 21:50:46

USB 设备驱动：

一、USB 描述符：（存在于USB 的E2PROM里面）

1、设备描述符：struct usb_device_descriptor

2、配置描述符：struct usb_config_descriptor

3、接口描述符：struct usb_interface_descriptor

4、端点描述符：struct usb_endpoint_descriptor

通过命令lsusb 列出系统中所有的USB设备：

通过命令lsusb -v 列出系统中所有的USB设备的各个描述符信息：

设备描述符：

struct usb_device_descriptor {

    __u8  bLength; ///长度

    __u8  bDescriptorType; ///描述符类型

    __le16 bcdUSB;

    __u8  bDeviceClass;///设备类型

    __u8  bDeviceSubClass;///设备子类型

    __u8  bDeviceProtocol;///协议

    __u8  bMaxPacketSize0;///最大传输大小

    __le16 idVendor;///厂商 ID

    __le16 idProduct;///设备 ID

    __le16 bcdDevice;///

    __u8  iManufacturer;

    __u8  iProduct;

    __u8  iSerialNumber;///序列号

    __u8  bNumConfigurations;///包含的配置数目(每个USB设备会对应多个配置)

} __attribute__ ((packed));

配置描述符：

struct usb_config_descriptor {         ///USB 配置描述符

         __u8  bLength;

         __u8  bDescriptorType;

         __le16 wTotalLength;///总长度

         __u8  bNumInterfaces;///接口数目(每个接口代表一种功能)

         __u8  bConfigurationValue;///

         __u8  iConfiguration;

         __u8  bmAttributes;

         __u8  bMaxPower;

} __attribute__ ((packed));

接口描述符：

struct usb_interface_descriptor { ///USB 接口描述符

         __u8  bLength;

         __u8  bDescriptorType;

         __u8  bInterfaceNumber;

         __u8  bAlternateSetting;

         __u8  bNumEndpoints;

         __u8  bInterfaceClass;

         __u8  bInterfaceSubClass;

         __u8  bInterfaceProtocol;

         __u8  iInterface;

} __attribute__ ((packed));

端点描述符：

struct usb_endpoint_descriptor {   ///USB 端点描述符(每个USB设备最多有16个端点)

         __u8  bLength; ///描述符的字节长度

         __u8  bDescriptorType;///描述符类型，对于端点就是USB_DT_ENDPOINT

         __u8  bEndpointAddress;///bit0~3表示端点地址，bit8 表示方向，输入还是输出

         __u8  bmAttributes;///属性(bit0、bit1构成传输类型，00--控制，01--等时，10--批量，11--中断)

         __le16 wMaxPacketSize;///端点一次可以处理的最大字节数

         __u8  bInterval;///希望主机轮询自己的时间间隔

         /* NOTE:  these two are _only_ in audio endpoints. */

         /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */

         __u8  bRefresh;

         __u8  bSynchAddress;

} __attribute__ ((packed));

二、USB的传输方式：（不同的设备对于传输的数据各有各的要求）

1、控制传输---获取/配置设备

2、中断传输---例如USB鼠标、USB键盘（这里说的中断和硬件上下文的中断不一样，它不是设备主动发送一个中断请求，而是主控制器在保证不大于某个时间间隔interval内安排的一次数据传输）

3、批量传输---用于大容量数据传输，没有固定的传输速率，例如usb打印机、扫描仪、U盘等，对应的端点就叫批量端点

4、等时传输---可以传输大批量数据，但是对数据是否到达没有保证，对实时性要求很高，例如音频、视频等设备（USB摄像头、USB话筒），对应的端点就叫等时端点

三、URB(usb request block)，USB请求块

urb 是usb数据传输机制使用的核心数据结构，urb供usb协议栈使用；

struct urb { //由主机控制器发送给USB设备

    struct kref kref;        /* reference count of the URB */

    void *hcpriv;            /* private data for host controller */

    atomic_t use_count;        /* concurrent submissions counter */

    atomic_t reject;        /* submissions will fail */

    struct list_head urb_list;    /* list head for use by the urb's

                     * current owner */

    struct list_head anchor_list;    /* the URB may be anchored */

    struct usb_anchor *anchor;

    struct usb_device *dev;        /* (in) pointer to associated device */ ///urb所发送的目标指针，在urb可以被发送到USB核心之前必须由USB驱动程序初始化

    struct usb_host_endpoint *ep;    /* (internal) pointer to endpoint */

    unsigned int pipe;    //通过端点的number来得到，决定了主机数据要发送给哪一个设备

    unsigned int stream_id;        /* (in) stream ID */

    int status;            /* (return) non-ISO status */

    unsigned int transfer_flags;    /* (in) URB_SHORT_NOT_OK | ...*/

    void *transfer_buffer;        /* (in) associated data buffer */ ///in---接收数据buffer,out----发送数据buffer

    dma_addr_t transfer_dma;    /* (in) dma addr for transfer_buffer *////存在于支持DMA的设备

    struct scatterlist *sg;        /* (in) scatter gather buffer list */

    int num_mapped_sgs;        /* (internal) mapped sg entries */

    int num_sgs;            /* (in) number of entries in the sg list */

    u32 transfer_buffer_length;    /* (in) data buffer length */

    u32 actual_length;        /* (return) actual transfer length */

    unsigned char *setup_packet;    /* (in) setup packet (control only) */

    dma_addr_t setup_dma;        /* (in) dma addr for setup_packet */

    int start_frame;        /* (modify) start frame (ISO) */

    int number_of_packets;        /* (in) number of ISO packets */

    int interval;            /* (modify) transfer interval ///主机轮询的时间间隔

    void *context;            /* (in) context for completion *////上下文

    usb_complete_t complete;    /* (in) completion routine *////完成例程(回调)--当主机发送完urb，设备返回回应信号时执行

};

urb的使用方法：

1、分配urb

struct urb *usb_alloc_urb(int iso_packets, gfp_t mem_flags); //\drivers\usb\core\urb.c

2、初始化urb

void usb_fill_[control | int | bulk]_urb{ } ///对应控制传输、中断传输、批量传输

3、提交urb(提交给主控制器,由主控制器发送给USB设备)

(1) 异步提交urb，提交完成后执行通过usb_fill_[control | int | bulk]_urb 传入的回调函数

int usb_submit_urb(struct urb *urb, gfp_t mem_flags); //\drivers\usb\core\urb.c

(2) 同步提交urb

int usb_[control | interrupt | bulk]_msg () //\drivers\usb\core\Message.c

四、usb驱动数据结构 usb_device

 struct usb_device {  ///描述一个USB 设备

     int        devnum;

     char        devpath[];

     u32        route;

     enum usb_device_state    state;

     enum usb_device_speed    speed;

     struct usb_tt    *tt;

     int        ttport;

     unsigned int toggle[];

     struct usb_device *parent;

     struct usb_bus *bus;

     struct usb_host_endpoint ep0;

     struct device dev;

     struct usb_device_descriptor descriptor;

     struct usb_host_bos *bos;

     struct usb_host_config *config;

     struct usb_host_config *actconfig;

     struct usb_host_endpoint *ep_in[];

     struct usb_host_endpoint *ep_out[];

     char **rawdescriptors;

     unsigned short bus_mA;

     u8 portnum;

     u8 level;

     unsigned can_submit:;

     unsigned persist_enabled:;

     unsigned have_langid:;

     unsigned authorized:;

     unsigned authenticated:;

     unsigned wusb:;

     unsigned lpm_capable:;

     unsigned usb2_hw_lpm_capable:;

     unsigned usb2_hw_lpm_besl_capable:;

     unsigned usb2_hw_lpm_enabled:;

     unsigned usb2_hw_lpm_allowed:;

     unsigned usb3_lpm_enabled:;

     int string_langid;

     /* static strings from the device */

     char *product;

     char *manufacturer;

     char *serial;

     struct list_head filelist;

     int maxchild;

     u32 quirks;

     atomic_t urbnum;

     unsigned long active_duration;

 #ifdef CONFIG_PM

     unsigned long connect_time;

     unsigned do_remote_wakeup:;

     unsigned reset_resume:;

     unsigned port_is_suspended:;

 #endif

     struct wusb_dev *wusb_dev;

     int slot_id;

     enum usb_device_removable removable;

     struct usb2_lpm_parameters l1_params;

     struct usb3_lpm_parameters u1_params;

     struct usb3_lpm_parameters u2_params;

     unsigned lpm_disable_count;

 };

五、管道

每个端点通过管道和usb主控制器连接，管道包括以下几个部分：

(1) 端点地址

(2) 数据传输方向（in 或 out）

(3) 数据传输模式

根据端点地址、传输方式和传输方向创建不同的pipe：

#define usb_sndctrlpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_CONTROL << ) | __create_pipe(dev, endpoint))

#define usb_rcvctrlpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_CONTROL << ) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)

#define usb_sndisocpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_ISOCHRONOUS << ) | __create_pipe(dev, endpoint))

#define usb_rcvisocpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_ISOCHRONOUS << ) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)

#define usb_sndbulkpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_BULK << ) | __create_pipe(dev, endpoint))

#define usb_rcvbulkpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_BULK << ) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)

#define usb_sndintpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_INTERRUPT << ) | __create_pipe(dev, endpoint))

#define usb_rcvintpipe(dev, endpoint)    \

    ((PIPE_INTERRUPT << ) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN

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