linux内核之USB驱动分析

第一部分 USB驱动程序框架

　　app:
　　-------------------------------------------
　　USB设备驱动程序　　 // 知道数据含义
　　内核 --------------------------------------
　　USB总线驱动程序　　 // 1. 识别, 2. 找到匹配的设备驱动, 3. 提供USB读写函数 (它不知道数据含义)
　　-------------------------------------------
　　USB主机控制器
　　UHCI OHCI EHCI
　　硬件 -----------
　　USB设备

　　UHCI: intel, 低速(1.5Mbps)/全速(12Mbps)　　
　　OHCI: microsoft 低速/全速
　　EHCI: 高速(480Mbps)

第二部分 USB设备基础概念

　　在终端用户看来，USB设备为主机提供了多种多样的附加功能，如文件传输，声音播放等，但对USB主机来说，它与所有USB设备的接口都是一致的。一个USB设备由3个功能模块组成：USB总线接口、USB逻辑设备和功能单元：

　　a -- 这里的USB总线接口指的是USB设备中的串行接口引擎（SIE）；
　　b -- USB逻辑设备被USB系统软件看作是一个端点的集合；
　　c -- 功能单元被客户软件看作是一个接口的集合。SIE、端点和接口都是USB设备的组成单元；

　　为了更好地描述USB设备的特征，USB提出了设备架构的概念。从这个角度来看，可以认为USB设备是由一些配置、接口和端点组成，即一个USB设备可以含有一个或多个配置（不同的配置使设备表现出不同的功能组合，在探测/连接期间需要从中选定一个），在每个配置中可含有一个或多个接口（一个配置中的所有接口可以同时有效，并可被不同的程序连接），在每个接口中可含有若干个端点（代表一个基本功能，每个端点都有一定的属性，其中包括传输方式、总线访问频率、带宽、端点号和数据包的最大容量等）。其中，配置和接口是对USB设备功能的抽象，实际的数据传输由端点来完成。在使用USB设备前，必须指明其采用的配置和接口。这个步骤一般是在设备接入主机时设备进行枚举时完成的。

　　usb设备非常复杂，有许多不同的逻辑单元组成，这些单元的关系如下：

　　设备描述符(usb_device_descriptor)：关于设备的通用信息，如供货商ID及适用的协议等，在Linux内核中，USB设备用usb_device结构体来描述，位于include/uapi/linux/usb/ch9.h中，一个USB设备只能有一个设备描述符。

 1 struct usb_device_descriptor {
 2     __u8  bLength;                    //描述符长度
 3     __u8  bDescriptorType;            //描述符类型编号
 4 
 5     __le16 bcdUSB;                    //USB版本号
 6     __u8  bDeviceClass;                //USB分配的设备类code
 7     __u8  bDeviceSubClass;            //USB分配的子类code
 8     __u8  bDeviceProtocol;            //USB分配的协议code
 9     __u8  bMaxPacketSize0;            //endpoint0最大包大小
10     __le16 idVendor;                //厂商编号
11     __le16 idProduct;
12     __le16 bcdDevice;
13     __u8  iManufacturer;
14     __u8  iProduct;
15     __u8  iSerialNumber;
16     __u8  bNumConfigurations;        //可能的配置数量
17 } __attribute__ ((packed));

usb_device_descriptor

　　配置描述符（usb_config_descriptor）：一个USB设备可以包含一个或多个配置，如USB设备的低功耗模式和高功耗模式可分别对应一个配置。在使用USB设备前，必须为其选择一个合适的配置。配置描述符用于说明USB设备中各个配置的特性，如配置所含接口的个数等。USB设备的每一个配置都必须有一个配置描述符。

 1 struct usb_config_descriptor {
 2     __u8  bLength;
 3     __u8  bDescriptorType;
 4 
 5     __le16 wTotalLength;
 6     __u8  bNumInterfaces;
 7     __u8  bConfigurationValue;
 8     __u8  iConfiguration;
 9     __u8  bmAttributes;
10     __u8  bMaxPower;
11 } __attribute__ ((packed));

usb_config_descriptor

　　接口描述符（usb_interface_descriptor）：一个配置可以包含一个或多个接口，例如对一个光驱来说，当用于文件传输时，使用其大容量存储接口；而当用于播放CD时，使用其音频接口。接口是端点的集合，可以包含一个或多个可替换设置，用户能够在USB处于配置状态时改变当前接口所含的个数和特性。接口描述符用于说明设备中各个接口的特性，如接口所属的设备类及其子类等。USB设备的每个接口（usb_interface）都必须有一个接口描述符。

 1 struct usb_interface_descriptor {
 2     __u8  bLength;
 3     __u8  bDescriptorType;
 4 
 5     __u8  bInterfaceNumber;
 6     __u8  bAlternateSetting;
 7     __u8  bNumEndpoints;
 8     __u8  bInterfaceClass;
 9     __u8  bInterfaceSubClass;
10     __u8  bInterfaceProtocol;
11     __u8  iInterface;
12 } __attribute__ ((packed));

usb_interface_descriptor

　　端点描述符（usb_endpoint_descriptor）：端点地址、方向、类型以及支持的最大包大小等。端点是USB设备中的实际物理单元，USB数据传输就是在主机和USB设备各个端点之间进行的。端点一般由USB接口芯片提供，例如Freescale公司的MC68HC908JB8和MC9S12UF32。USB设备中的每一个端点都有唯一的端点号，每个端点所支持的数据传输方向一般而言也是确定的：或是输入（IN），或是输出（OUT）。也有些芯片提供的端点的数据方向是可以配置的，例如MC68HC908JB8包含有两个用于数据收发的端点：端点1和端点2。其中端点1只能用于数据发送，即支持输入（IN）操作；端点2既能用于数据发送，也可用于数据接收，即支持输入（IN）和输出（OUT）操作。而MC9S12UF32具有6个端点。利用设备地址、端点号和传输方向就可以指定一个端点，并与它进行通信。端点的传输特性还决定了其与主机通信是所采用的传输类型，例如控制端点只能使用控制传输。根据端点的不同用途，可将端点分为两类：0号端点和非0号端点。0号端点比较特殊，它有数据输入IN和数据输出OUT两个物理单元，且只能支持控制传输。所有的USB设备都必须含有一个0号端点，用作默认控制管道。USB系统软件就是使用该管道与USB逻辑设备进行配置通信的。0号端点在USB设备上的以后就可以使用，而非0号端点必须要在配置以后才可以使用。

 1 struct usb_endpoint_descriptor {
 2     __u8  bLength;
 3     __u8  bDescriptorType;
 4 
 5     __u8  bEndpointAddress;
 6     __u8  bmAttributes;
 7     __le16 wMaxPacketSize;
 8     __u8  bInterval;
 9 
10     /* NOTE:  these two are _only_ in audio endpoints. */
11     /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */
12     __u8  bRefresh;
13     __u8  bSynchAddress;
14 } __attribute__ ((packed));

usb_endpoint_descriptor

第三部分

linux内核之USB驱动分析

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