初入qualcomm平台usb驱动(一)

这里主要收集了一些USB关于OTG、device、host相关的知识。

当设备检测到USB_ID信号为低时，表该设备应作为Host（主机，也称A设备）用。
当设备检测到USB_ID信号为高时，表示该设备作为Slave(外设，也称B设备）用。

因此,在主机侧的层次结构中,要实现的 USB 驱动包括两类:
USB 主机控制器驱动和 USB 设备驱动,前者控制插入其中的 USB 设备,后者控制USB 设备如何与主机通信。
在这棵树里,我们把树根比作主机控制器,树叶比作具体的 USB设备,树干和树枝就是 USB 总线。

树叶本身与树枝通过 usb_driver 连接,而树叶本身的驱动(读写、控制)则需要通过其树叶设备本身所属类设备驱动来完成。树根和树叶之间的“通信”依靠在树干和树枝里“流淌”的 URB 来完成。
由此可见,usb_driver 本身只是起到了找到 USB 设备、管理 USB 设备连接和断开的作用

OTG 检测的原理是:
　　USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理（节省功耗）功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作（两用OTG）。USB OTG技术可实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。例如：数码相机可以直接与打印机连接并打印照片，手机与手机之间可以直接传送数据等，从而拓展了USB技术的应用范围。在OTG中，初始主机设备称为A设备，外设称为B设备。也就是说，手机既可以做外设，又可以做主机来传送数据，可用电缆的连接方式来决定初始角色(由ID线的状态来决定)。
USB OTG接口中有5条线：   
2条用来传送数据（D+ 、D-）;     
1条是电源线(VBUS);      
1条则是接地线(GND)、
1条是ID线。ID线---以用于识别不同的电缆端点，mini-A插头(即A外设)中的ID引脚接地，mini-B插头（即B外设）中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表示默认的是A设备（主机），而检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备（外设）。
只有而言支持USB OTG的设备（即可以做USB Host有可以做Slave的设备），USB_ID信号才有意义。 
当设备检测到USB_ID信号为低时，表该设备应作为Host（主机，也称A设备）用。
当设备检测到USB_ID信号为高时，表示该设备作为Slave(外设，也称B设备）用。
实际的USB连接线中，是没有USB_ID这根线的。 都是在接口部分直接拉死的的。
对于Host端，只需将连接线的USB_ID pin和地短接即可，
对于Slave端，USB连接线的USB_ID pin是悬空的。（设备内部上拉）。。

USB驱动程序框架

Linux内核提供了完整的USB驱动程序框架。USB总线采用树形结构，在一条总线上只能有唯一的主机设备。Linux内核从主机和设备两个角度观察USB总线结构。本节介绍Linux内核USB驱动程序框架。

25.2.1  Linux内核USB驱动框架

图25-2是Linux内核从主机和设备两个角度观察USB总线结构的示意图。

从图25-2中可以看出，Linux内核USB驱动是按照主机驱动和设备驱动两套体系实现的，下面介绍两套体系的结构和特点。

1．基本结构

图25-2的左侧是主机驱动结构。主机驱动的最底层是USB主机控制器，提供了OHCI/EHCI/UHCI这3种类型的总线控制功能。在USB控制器的上一层是主机控制器的驱动，分别对应OHCI/EHCI/UHCI这3种类型的总线接口。USB核心部分连接了USB控制器驱动和设备驱动，是两者之间的转换接口。USB设备驱动层提供了各种设备的驱动程序。

USB主机部分的设计结构完全是从USB总线特点出发的。在USB总线上可以连接各种不同类型的设备，包括字符设备、块设备和网络设备。所有类型的USB设备都是用相同的电气接口，使用的传输协议也基本相同。向用户提供某种特定类型的USB设备时，需要处理USB总线协议。内核完成所有的USB总线协议处理，并且向用户提供编程接口。

（点击查看大图）图25-2  Linux内核USB总线结构

图25-2右侧是设备驱动结构。与USB主机类似，USB设备提供了相同的层次结构与之对应。但是在USB设备一侧使用名为Gadget API的结构作为核心。Gadget API是Linux内核实现的对应USB设备的核心结构。Gadget API屏蔽了USB设备控制器的细节，控制具体的USB设备实现。

2．设备

每个USB设备提供了不同级别的配置信息。一个USB设备可以包含一个或多个配置，不同的配置使设备表现出不同的特点。其中，设备的配置是通过接口组成的。Linux内核定义了USB设备描述结构如下：

struct usb_device_descriptor {
    __u8  bLength;              // 设备描述符长度
    __u8  bDescriptorType;      // 设备类型

    __le16 bcdUSB;              // USB版本号（使用BCD编码）
    __u8  bDeviceClass;         // USB设备类型
    __u8  bDeviceSubClass;      // USB设备子类型
    __u8  bDeviceProtocol;      // USB设备协议号
    __u8  bMaxPacketSize0;      // 传输数据的最大包长
    __le16 idVendor;            // 厂商编号
    __le16 idProduct;           // 产品编号
    __le16 bcdDevice;           // 设备出厂号
    __u8  iManufacturer;        // 厂商字符串索引
    __u8  iProduct;             // 产品字符串索引
    __u8  iSerialNumber;        // 产品序列号索引
    __u8  bNumConfigurations;   // 最大的配置数量
} __attribute__ ((packed));

从usb_device_descriptor结构定义看出，一个设备描述符定义了与USB设备有关的所有信息。

3．接口

在USB体系中，接口是由多个端点组成的。一个接口代表一个基本的功能，是USB设备驱动程序控制的对象。一个USB设备最少有一个接口，功能复杂的USB设备可以有多个接口。接口描述定义如下：

struct usb_interface_descriptor {
    __u8  bLength;              // 描述符长度
    __u8  bDescriptorType;      // 描述符类型

    __u8  bInterfaceNumber;     // 接口编号
    __u8  bAlternateSetting;    // 备用接口编号
    __u8  bNumEndpoints;        // 端点数量
    __u8  bInterfaceClass;      // 接口类型
    __u8  bInterfaceSubClass;   // 接口子类型
    __u8  bInterfaceProtocol;   // 接口使用的协议
    __u8  iInterface;           // 接口索引字符串数值
} __attribute__ ((packed));

4．端点

端点是USB总线通信的基本形式，每个USB设备接口可以认为是端点的集合。主机只能通过端点与设备通信。USB体系结构规定每个端点都有一个唯一的地址，由设备地址和端点号决定端点地址。端点还包括了与主机通信用到的属性，如传输方式、总线访问频率、带宽和端点号等。端点的通信是单向的，通过端点传输的数据只能是从主机到设备或者从设备到主机。端点定义描述如下：

struct usb_endpoint_descriptor {
    __u8  bLength;              // 描述符长度
    __u8  bDescriptorType;      // 描述符类型

    __u8  bEndpointAddress;     // 端点地址
    __u8  bmAttributes;         // 端点属性
    __le16 wMaxPacketSize;      // 端点接收的最大数据包长度
    __u8  bInterval;            // 轮询端点的时间间隔

    /* NOTE:  these two are _only_ in audio endpoints. */
    /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */
    __u8  bRefresh;
    __u8  bSynchAddress;
} __attribute__ ((packed));

5．配置

配置是一个接口的集合。Linux内核配置的定义如下：

struct usb_config_descriptor {
    __u8  bLength;              // 描述符长度
    __u8  bDescriptorType;      // 描述符类型

    __le16 wTotalLength;        // 配置返回数据长度
    __u8  bNumInterfaces;       // 最大接口数
    __u8  bConfigurationValue;  // 配置参数值
    __u8  iConfiguration;       // 配置描述字符串索引
    __u8  bmAttributes;         // 供电模式
    __u8  bMaxPower;            // 接口的最大电流
} __attribute__ ((packed));

配置描述符结构定义了配置的基本属性和接口数量等信息。