xHCI驱动学习(1) 核心数据结构_xhci协议学习

虽然Linux内核拥有C语言构建的身体，但它骨子里散发的是面向对象的气质，这一个个的对象就是struct。面对一个内核模块的时候，首先要找出关键的struct和它们之间的关系，才能摸清代码的骨骼脉络。

大致浏览几眼xHCI相关的代码，很容易发现几个貌似重要的struct类型：usb_hcd、xhci_hcd和hc_driver，还有几个全局变量xhci_pci_driver、xhci_hc_driver和xhci_pci_hc_driver，再加上PCI总线相关的类型pci_dev和pci_driver。不要被这些眼花缭乱的名字吓到，今天要做的就是把这些结构之间的关系理顺。下面按照相关代码的执行顺序，看一下这些结构是如何被建立和初始化的。

先上图，下面分析的过程结束之后各个结构体就是这种关系：

1. xhci-pci模块启动，执行xhci_pci_init函数

static int __init xhci_pci_init(void)
{
    xhci_init_driver(&xhci_pci_hc_driver, xhci_pci_setup);
#ifdef CONFIG_PM
    xhci_pci_hc_driver.pci_suspend = xhci_pci_suspend;
    xhci_pci_hc_driver.pci_resume = xhci_pci_resume;
#endif
    return pci_register_driver(&xhci_pci_driver);
}
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1.1 xhci_pci_init调用xhci_init_driver，初始化xhci_pci_hc_driver变量

xhci_init_driver函数是在xhci.c中定义的，主要作用就是把全局变量xhci_hc_driver的值一股脑赋给另一个全局变量xhci_pci_hc_driver。两者都是struct hc_driver类型，xhci_pci_hc_driver在xhci-pci.c中定义，是真正起作用的xHCI驱动，但它在定义的时候没有进行任何成员的初始化：

static struct hc_driver __read_mostly xhci_pci_hc_driver;
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而xhci_hc_driver在xhci.c中定义，它包揽了所有的脏活累活：

static const struct hc_driver xhci_hc_driver = {
    .description =      "xhci-hcd",
    .product_desc =     "xHCI Host Controller",
    .hcd_priv_size =    sizeof(struct xhci_hcd *),

    /*
     * generic hardware linkage
     */
    .irq =          xhci_irq,
    .flags =        HCD_MEMORY | HCD_USB3 | HCD_SHARED,

    /*
     * basic lifecycle operations
     */
    .reset =        NULL, /* set in xhci_init_driver() */
    .start =        xhci_run,
    .stop =         xhci_stop,
    .shutdown =     xhci_shutdown,

    /*
     * managing i/o requests and associated device resources
     */
    .urb_enqueue =      xhci_urb_enqueue,
    .urb_dequeue =      xhci_urb_dequeue,
    .alloc_dev =        xhci_alloc_dev,
    .free_dev =     xhci_free_dev,
    .alloc_streams =    xhci_alloc_streams,
    .free_streams =     xhci_free_streams,
    .add_endpoint =     xhci_add_endpoint,
    .drop_endpoint =    xhci_drop_endpoint,
    .endpoint_reset =   xhci_endpoint_reset,
    .check_bandwidth =  xhci_check_bandwidth,
    .reset_bandwidth =  xhci_reset_bandwidth,
    .address_device =   xhci_address_device,
    .enable_device =    xhci_enable_device,
    .update_hub_device =    xhci_update_hub_device,
    .reset_device =     xhci_discover_or_reset_device,

    /*
     * scheduling support
     */
    .get_frame_number = xhci_get_frame,

    /*
     * root hub support
     */
    .hub_control =      xhci_hub_control,
    .hub_status_data =  xhci_hub_status_data,
    .bus_suspend =      xhci_bus_suspend,
    .bus_resume =       xhci_bus_resume,

    /*
     * call back when device connected and addressed
     */
    .update_device =        xhci_update_device,
    .set_usb2_hw_lpm =  xhci_set_usb2_hardware_lpm,
    .enable_usb3_lpm_timeout =  xhci_enable_usb3_lpm_timeout,
    .disable_usb3_lpm_timeout = xhci_disable_usb3_lpm_timeout,
    .find_raw_port_number = xhci_find_raw_port_number,
};

void xhci_init_driver(struct hc_driver *drv, int (*setup_fn)(struct usb_hcd *))
{
    BUG_ON(!setup_fn);
    *drv = xhci_hc_driver;
    drv->reset = setup_fn;
}
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xhci_init_driver函数将xhci_hc_driver的值赋给xhci_pci_hc_driver后，前者也就退下了舞台。不信，你看：
（free-electrons是个好网站）

1.2 xhci_pci_init调用pci_register_driver，将xhci_pci_driver注册为PCI设备驱动

xhci_pci_driver是xHCI控制器作为PCI设备对应的驱动，符合PCI设备驱动的标准类型struct pci_driver，在xhci-pci.c中静态定义并初始化：

/* pci driver glue; this is a "new style" PCI driver module */
static struct pci_driver xhci_pci_driver = {
    .name =     (char *) hcd_name,
    .id_table = pci_ids,

    .probe =    xhci_pci_probe,
    .remove =   xhci_pci_remove,
    /* suspend and resume implemented later */

    .shutdown =     usb_hcd_pci_shutdown,
#ifdef CONFIG_PM
    .driver = {
        .pm = &usb_hcd_pci_pm_ops
    },
#endif
};
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其中有两个成员需要重点关注，一个是id_table，一个是probe。id_table包含了驱动支持的PCI设备类型，PCI总线就是靠它判断驱动和设备能否配对。这里的id_table成员设置为pci_ids，它也是静态定义的全局变量：

/* PCI driver selection metadata; PCI hotplugging uses this */
static const struct pci_device_id pci_ids[] = { {
    /* handle any USB 3.0 xHCI controller */
    PCI_DEVICE_CLASS(PCI_CLASS_SERIAL_USB_XHCI, ~0),
    .driver_data =  (unsigned long) &xhci_pci_hc_driver,
    },
    { /* end: all zeroes */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(pci, pci_ids);
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注意pci_ids中唯一一个元素的driver_data成员指向刚才在xhci_pci_init中完成初始化的xhci_pci_hc_driver变量，这就将作为PCI设备驱动的xhci_pci_driver和作为USB主机控制器设备驱动xhci_pci_hc_driver联系了起来。本文最开始的图中右半部分画出了它们的关系。

当pci_register_driver调用完成后，xhci_pci_driver就被加入了PCI总线的驱动列表，当总线检测到与之匹配的设备，即xHCI控制器的时候，会调用驱动的probe成员函数，而xhci_pci_driver.probe在初始化时被设置为xhci_pci_probe函数，因此接下来就顺藤摸瓜考察它。

2. PCI设备配对成功，执行xhci_pci_probe函数

这个函数也定义在xhci-pci.c中，比较长（所以加了行号），先贴前半部分：

217 static int xhci_pci_probe(struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id)
218 {
219         int retv
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