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Linux内核——USB设备驱动_linux usb驱动

作者：Monodyee | 2024-03-18 14:02:47

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linux usb驱动

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：

  1. struct usb_device_descriptor {
  2.     __u8  bLength; ///长度
  3.     __u8  bDescriptorType; ///描述符类型
  4.  
  5.     __le16 bcdUSB;
  6.     __u8  bDeviceClass;///设备类型
  7.     __u8  bDeviceSubClass;///设备子类型
  8.     __u8  bDeviceProtocol;///协议
  9.     __u8  bMaxPacketSize0;///最大传输大小
  10.     __le16 idVendor;///厂商 ID
  11.     __le16 idProduct;///设备 ID
  12.     __le16 bcdDevice;///
  13.     __u8  iManufacturer;
  14.     __u8  iProduct;
  15.     __u8  iSerialNumber;///序列号
  16.     __u8  bNumConfigurations;///包含的配置数目(每个USB设备会对应多个配置)
  17. } __attribute__ ((packed));

配置描述符：

  1. struct usb_config_descriptor {         ///USB 配置描述符
  2.  
  3.          __u8  bLength;
  4.  
  5.          __u8  bDescriptorType;
  6.  
  7.  
  8.  
  9.          __le16 wTotalLength;///总长度
  10.  
  11.          __u8  bNumInterfaces;///接口数目(每个接口代表一种功能)
  12.  
  13.          __u8  bConfigurationValue;///
  14.  
  15.          __u8  iConfiguration;
  16.  
  17.          __u8  bmAttributes;
  18.  
  19.          __u8  bMaxPower;
  20.  
  21. } __attribute__ ((packed));

接口描述符：

  1. struct usb_interface_descriptor { ///USB 接口描述符
  2.  
  3.          __u8  bLength;
  4.  
  5.          __u8  bDescriptorType;
  6.  
  7.  
  8.  
  9.          __u8  bInterfaceNumber;
  10.  
  11.          __u8  bAlternateSetting;
  12.  
  13.          __u8  bNumEndpoints;
  14.  
  15.          __u8  bInterfaceClass;
  16.  
  17.          __u8  bInterfaceSubClass;
  18.  
  19.          __u8  bInterfaceProtocol;
  20.  
  21.          __u8  iInterface;
  22.  
  23. } __attribute__ ((packed));

端点描述符：

  1. struct usb_endpoint_descriptor {   ///USB 端点描述符(每个USB设备最多有16个端点)
  2.  
  3.          __u8  bLength; ///描述符的字节长度
  4.  
  5.          __u8  bDescriptorType;///描述符类型，对于端点就是USB_DT_ENDPOINT
  6.  
  7.  
  8.  
  9.          __u8  bEndpointAddress;///bit0~3表示端点地址，bit8 表示方向，输入还是输出
  10.  
  11.          __u8  bmAttributes;///属性(bit0、bit1构成传输类型，00--控制，01--等时，10--批量，11--中断)
  12.  
  13.          __le16 wMaxPacketSize;///端点一次可以处理的最大字节数
  14.  
  15.          __u8  bInterval;///希望主机轮询自己的时间间隔
  16.  
  17.  
  18.  
  19.          /* NOTE:  these two are _only_ in audio endpoints. */
  20.  
  21.          /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */
  22.  
  23.          __u8  bRefresh;
  24.  
  25.          __u8  bSynchAddress;
  26.  
  27. } __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；

  1. struct urb { //由主机控制器发送给USB设备
  2.     struct kref kref;        /* reference count of the URB */
  3.     void *hcpriv;            /* private data for host controller */
  4.     atomic_t use_count;        /* concurrent submissions counter */
  5.     atomic_t reject;        /* submissions will fail */
  6.  
  7.     struct list_head urb_list;    /* list head for use by the urb's
  8.                      * current owner */
  9.     struct list_head anchor_list;    /* the URB may be anchored */
  10.     struct usb_anchor *anchor;
  11.     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
  12.     struct usb_host_endpoint *ep;    /* (internal) pointer to endpoint */
  13.     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
  14.     unsigned int stream_id;        /* (in) stream ID */
  15.     int status;            /* (return) non-ISO status */
  16.     unsigned int transfer_flags;    /* (in) URB_SHORT_NOT_OK | ...*/
  17.     void *transfer_buffer;        /* (in) associated data buffer */ ///in---接收数据buffer,out----发送数据buffer
  18.     dma_addr_t transfer_dma;    /* (in) dma addr for transfer_buffer *存在于支持DMA的设备
  19.     struct scatterlist *sg;        /* (in) scatter gather buffer list */
  20.     int num_mapped_sgs;        /* (internal) mapped sg entries */
  21.     int num_sgs;            /* (in) number of entries in the sg list */
  22.     u32 transfer_buffer_length;    /* (in) data buffer length */
  23.     u32 actual_length;        /* (return) actual transfer length */
  24.     unsigned char *setup_packet;    /* (in) setup packet (control only) */
  25.     dma_addr_t setup_dma;        /* (in) dma addr for setup_packet */
  26.     int start_frame;        /* (modify) start frame (ISO) */
  27.     int number_of_packets;        /* (in) number of ISO packets */
  28.     int interval;            /* (modify) transfer interval ///主机轮询的时间间隔
  29.     void *context;            /* (in) context for completion *上下文
  30.     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
  31. };

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

  1.  1 struct usb_device {  ///描述一个USB 设备
  2.  2     int        devnum;
  3.  3     char        devpath[16];
  4.  4     u32        route;
  5.  5     enum usb_device_state    state;
  6.  6     enum usb_device_speed    speed;
  7.  7 
  8.  8     struct usb_tt    *tt;
  9.  9     int        ttport;
  10. 10 
  11. 11     unsigned int toggle[2];
  12. 12 
  13. 13     struct usb_device *parent;
  14. 14     struct usb_bus *bus;
  15. 15     struct usb_host_endpoint ep0;
  16. 16 
  17. 17     struct device dev;
  18. 18 
  19. 19     struct usb_device_descriptor descriptor;
  20. 20     struct usb_host_bos *bos;
  21. 21     struct usb_host_config *config;
  22. 22 
  23. 23     struct usb_host_config *actconfig;
  24. 24     struct usb_host_endpoint *ep_in[16];
  25. 25     struct usb_host_endpoint *ep_out[16];
  26. 26 
  27. 27     char **rawdescriptors;
  28. 28 
  29. 29     unsigned short bus_mA;
  30. 30     u8 portnum;
  31. 31     u8 level;
  32. 32 
  33. 33     unsigned can_submit:1;
  34. 34     unsigned persist_enabled:1;
  35. 35     unsigned have_langid:1;
  36. 36     unsigned authorized:1;
  37. 37     unsigned authenticated:1;
  38. 38     unsigned wusb:1;
  39. 39     unsigned lpm_capable:1;
  40. 40     unsigned usb2_hw_lpm_capable:1;
  41. 41     unsigned usb2_hw_lpm_besl_capable:1;
  42. 42     unsigned usb2_hw_lpm_enabled:1;
  43. 43     unsigned usb2_hw_lpm_allowed:1;
  44. 44     unsigned usb3_lpm_enabled:1;
  45. 45     int string_langid;
  46. 46 
  47. 47     /* static strings from the device */
  48. 48     char *product;
  49. 49     char *manufacturer;
  50. 50     char *serial;
  51. 51 
  52. 52     struct list_head filelist;
  53. 53 
  54. 54     int maxchild;
  55. 55 
  56. 56     u32 quirks;
  57. 57     atomic_t urbnum;
  58. 58 
  59. 59     unsigned long active_duration;
  60. 60 
  61. 61 #ifdef CONFIG_PM
  62. 62     unsigned long connect_time;
  63. 63 
  64. 64     unsigned do_remote_wakeup:1;
  65. 65     unsigned reset_resume:1;
  66. 66     unsigned port_is_suspended:1;
  67. 67 #endif
  68. 68     struct wusb_dev *wusb_dev;
  69. 69     int slot_id;
  70. 70     enum usb_device_removable removable;
  71. 71     struct usb2_lpm_parameters l1_params;
  72. 72     struct usb3_lpm_parameters u1_params;
  73. 73     struct usb3_lpm_parameters u2_params;
  74. 74     unsigned lpm_disable_count;
  75. 75 };

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

usb_[rcv| snd| ctrl| int| bulk| isoc ]pipe

根据端点地址、传输方式和传输方向创建不同的pipe：

  1. #define usb_sndctrlpipe(dev, endpoint)    \
  2.     ((PIPE_CONTROL << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
  3. #define usb_rcvctrlpipe(dev, endpoint)    \
  4.     ((PIPE_CONTROL << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
  5. #define usb_sndisocpipe(dev, endpoint)    \
  6.     ((PIPE_ISOCHRONOUS << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
  7. #define usb_rcvisocpipe(dev, endpoint)    \
  8.     ((PIPE_ISOCHRONOUS << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
  9. #define usb_sndbulkpipe(dev, endpoint)    \
  10.     ((PIPE_BULK << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
  11. #define usb_rcvbulkpipe(dev, endpoint)    \
  12.     ((PIPE_BULK << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
  13. #define usb_sndintpipe(dev, endpoint)    \
  14.     ((PIPE_INTERRUPT << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
  15. #define usb_rcvintpipe(dev, endpoint)    \
  16.     ((PIPE_INTERRUPT << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN

原文作者：图灵之梦

原文地址：Linux USB驱动学习总结（二）---- USB设备驱动（版权归原文作者所有，侵权留言联系删除）

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