（6.2）USB前置概念
/* AUTHOR: Pinus
* Creat on : 2018-11-4
* KERNEL : linux-4.4.145
* REFS : Linux USB驱动学习总结（二）---- USB设备驱动
*/
概述
现象：把USB设备接到PC
1. 右下角弹出"发现android phone"
2. 跳出一个对话框，提示你安装驱动程序
问1. 既然还没有"驱动程序"，为何能知道是"android phone"
答1. windows里已经有了USB的总线驱动程序，接入USB设备后，是"总线驱动程序"知道你是"android phone"，提示你安装的是"设备驱动程序" USB总线驱动程序负责：识别USB设备, 给USB设备找到对应的驱动程序
问2. USB设备种类非常多，为什么一接入电脑，就能识别出来？
答2. PC和USB设备都得遵守一些规范。
比如：USB设备接入电脑后，PC机会发出"你是什么"？
USB设备就必须回答"我是xxx", 并且回答的语言必须是中文
USB总线驱动程序会发出某些命令想获取设备信息(描述符)，
USB设备必须返回"设备描述符"给PC
问3. PC机上接有非常多的USB设备，怎么分辨它们？ USB接口只有4条线: 5V,GND,D-,D+
答3. 每一个USB设备接入PC时，USB总线驱动程序都会给它分配一个编号
接在USB总线上的每一个USB设备都有自己的编号(地址)
PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)
问4. USB设备刚接入PC时，还没有编号；那么PC怎么把"分配的编号"告诉它？
答4. 新接入的USB设备的默认编号是0，在未分配新编号前，PC使用0编号和它通信。
问5. 为什么一接入USB设备，PC机就能发现它？
答5. PC的USB口内部，D-和D+接有15K的下拉电阻，未接USB设备时为低电平
USB设备的USB口内部，D-或D+接有1.5K的上拉电阻；它一接入PC，就会把PC USB口的D-或D+拉高，从硬件的角度通知PC有新设备接入
其他大致概念:
1. USB是主从结构的
所有的USB传输，都是从USB主机这方发起；USB设备没有"主动"通知USB主机的能力。
例子：USB鼠标滑动一下立刻产生数据，但是它没有能力通知PC机来读数据，只能被动地等得PC机来读。
2. USB的传输类型:
a. 控制传输：可靠，时间有保证，比如：USB设备的识别过程
b. 批量传输: 可靠, 时间没有保证, 比如：U盘
c. 中断传输：可靠，实时，比如：USB鼠标
d. 实时传输：不可靠，实时，比如：USB摄像头
3. USB传输的对象：端点(endpoint)
我们说"读U盘"、"写U盘"，可以细化为：把数据写到U盘的端点1，从U盘的端点2里读出数据
除了端点0外，每一个端点只支持一个方向的数据传输
端点0用于控制传输，既能输出也能输入
4. 每一个端点都有传输类型，传输方向
5. 术语里、程序里说的输入(IN)、输出(OUT) "都是" 基于USB主机的立场说的。
比如鼠标的数据是从鼠标传到PC机, 对应的端点称为"输入端点"
6. USB总线驱动程序的作用
a. 识别USB设备
b. 查找并安装对应的设备驱动程序
c. 提供USB读写函数
USB知识
一、USB 描述符：（存在于USB 的E2PROM里面）
USB设备描述符的信息可以在include\linux\usb\ch9.h看到
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 {
__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 {
/* private: usb core and host controller only fields in the urb */
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 */
int unlinked; /* unlink error code */
/* public: documented fields in the urb that can be used by drivers */
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 */
struct usb_host_endpoint *ep; /* (internal) pointer to endpoint */
unsigned int pipe; /* (in) pipe information */
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 */
dma_addr_t transfer_dma; /* (in) dma addr for transfer_buffer */
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
* (INT/ISO) */
int error_count; /* (return) number of ISO errors */
void *context; /* (in) context for completion */
usb_complete_t complete; /* (in) completion routine */
struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];
/* (in) ISO ONLY */
};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 {
int devnum;
char devpath[16];
u32 route;
enum usb_device_state state;
enum usb_device_speed speed;
...
};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：
#define usb_sndctrlpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_CONTROL << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvctrlpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_CONTROL << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndisocpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_ISOCHRONOUS << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvisocpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_ISOCHRONOUS << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndbulkpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_BULK << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvbulkpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_BULK << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndintpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_INTERRUPT << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvintpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_INTERRUPT << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN