usb device驱动下载 Linux下USB HID device driver研究

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首先介绍HID:
HID是Human Interface Devices的缩写.翻译成中文即为人机交互设备.这里的人机交互设备是一个宏观上面的概念,任何设备,只要符合HID spec,都可以称之为HID设备

在make menuconfig中,选中USB Human Interface Device(full HID) support。则所有USB HID都会被驱动,其中包括USB Mouse。
在drivers/hid/usbhid/Kconfig看到这项对应的为:CONFIG_USB_HID
又在drivers/hid/usbhid/Makefile中看到:obj-$(CONFIG_USB_HID) += usbhid.o 换句话说,如果选中built-in.则 obj-y中加入usbhid.o  如果将这一项选中为M(module),则obj-m中加入usbhid.o  
也就是说:如果选中USB Human Interface Device(full HID) support为built-in.则usbhid.o会被built-in。
再在drivers/hid/usbhid/.usbhid.o.cmd中看到usbhid.o其实是由:hid-core.o,hid-quirks.o,hiddev.o组成的。
也就是说:当在Menuconfig中选中那一项后,这三个.o都会被built-in.

下一篇从driver角度学习。 在drivers/hid/usbhid/hid-core.c中,有如下语句:
module_init(hid_init);
表明当hid-usb.o(hid-core.o等三个组成)添加入kernel core时,会调用hid_init.


1. hid_init分析:
hid_init首先调用usbhid_quirks_init();
1.1. usbhid_quirks_init() 解析:
其实就是查找insmod 时给的pid,vid参数在quirks列表中是否有,如果有,就替换。没有就创建。

1.2. hiddev_init();
此function只有在选中CONFIG_USB_HIDDEV才会真正做事。
也就是说:只有在配置kernel时选中下面条目才有效.
config USB_HIDDEV
bool "/dev/hiddev raw HID device support"
它只是简单的注册一个USB设备。但这个设备在USB 硬件插入时什么都不作。

1.3 usb_register(&hid_driver);
注册一个USB driver. 从这个driver的id_table来看: .match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_CLASS 表明匹配的是:Interface class .bInterfaceClass = USB_INTERFACE_CLASS_HID 表明Interface Class为HID设备,则会被唤醒。
 

2. HID USB设备被插入时的状况:
分析hid_driver->probe
第一个参数为USB Core传过来的USB设备Interface。第二个参数为本driver的id_table.
2.1 usb_hid_configure(intf); 首先查看quirks.使用usbhid_lookup_quirk()从静态和动态quirks list中查是否此device包含在其中。   Sam看HID driver是以mouse为线索, interface->desc.bInterfaceSubClass=USB_CLASS_HID interface->desc.bInterfaceSubClass == USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE 所以:quirks |= HID_QUIRK_NOGET;    
   



背景知识一:模块参数:
当使用insmod或modprobe安装模块时,可以通过模块参数给模块传递一些数值。这增加了模块的灵活性。但在使用模块参数之前,必须要让这些参数对insmod可见,则可以使用如下方式,让insmod知道参数名:
module_param_named(name, value, type, perm)
name是参数的名称(insmod时使用)
value是参数在模块中对应的变量
type是参数的类型
perm是参数的权限(其实就是/sys/module/[module_name]/parameters的权限)


例如:
int disk_size = 1024;
module_param_named(size, disk_size, int, S_IRUGO);
则给模块加上名称为"size"的参数,如果在加载模块是使用
insmod thismodule size=100,
那么在模块代码中disk_size的值就是100。相反,如果加载模块时没有指定参数,那么模块代码中disk_size的值仍是默认的1024。
注意,所有模块参数,都应该给定一个默认值。   MODULE_PARM_DESC(),对模块参数的描述。         背景知识二:模块宏: MODULE_AUTHOR();标明模块拥有者 MODULE_DESCRIPTION(); module描述 MODULE_LICENSE(); module license.如果没有,insmod时会警告 1. 解读hid device probe程序: static int hid_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
 struct hid_device *hid;
 char path[64];
 int i;
 char *c;  dbg_hid("HID probe called for ifnum %d\n",
   intf->altsetting->desc.bInterfaceNumber);  if (!(hid = usb_hid_configure(intf)))
  return -ENODEV;  usbhid_init_reports(hid);
 hid_dump_device(hid);
 if (hid->quirks & HID_QUIRK_RESET_LEDS)
  usbhid_set_leds(hid);  if (!hidinput_connect(hid))
  hid->claimed |= HID_CLAIMED_INPUT;
 if (!hiddev_connect(hid))
  hid->claimed |= HID_CLAIMED_HIDDEV;  usb_set_intfdata(intf, hid);  if (!hid->claimed) {
  printk ("HID device not claimed by input or hiddev\n");
  hid_disconnect(intf);
  return -ENODEV;
 }  if ((hid->claimed & HID_CLAIMED_INPUT))
  hid_ff_init(hid);  if (hid->quirks & HID_QUIRK_SONY_PS3_CONTROLLER)
  hid_fixup_sony_ps3_controller(interface_to_usbdev(intf),
   intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceNumber);  printk(KERN_INFO);  if (hid->claimed & HID_CLAIMED_INPUT)
  printk("input");
 if (hid->claimed == (HID_CLAIMED_INPUT | HID_CLAIMED_HIDDEV))
  printk(",");
 if (hid->claimed & HID_CLAIMED_HIDDEV)
  printk("hiddev%d", hid->minor);  c = "Device";
 for (i = 0; i < hid->maxcollection; i++) {
  if (hid->collection[i].type == HID_COLLECTION_APPLICATION &&
      (hid->collection[i].usage & HID_USAGE_PAGE) == HID_UP_GENDESK &&
      (hid->collection[i].usage & 0xffff) < ARRAY_SIZE(hid_types)) {
   c = hid_types[hid->collection[i].usage & 0xffff];
   break;
  }
 }  usb_make_path(interface_to_usbdev(intf), path, 63);  printk(": USB HID v%x.%02x %s [%s] on %s\n",
  hid->version >> 8, hid->version & 0xff, c, hid->name, path);  return 0;
}
1.1: usb_hid_configure(intf)解读: 从字面来看,它是指配置hid。 static struct hid_device *usb_hid_configure(struct usb_interface *intf)
{
 struct usb_host_interface *interface = intf->cur_altsetting;
 struct usb_device *dev = interface_to_usbdev (intf);
 struct hid_descriptor *hdesc;
 struct hid_device *hid;
 u32 quirks = 0;
 unsigned rsize = 0;
 char *rdesc;
 int n, len, insize = 0;
 struct usbhid_device *usbhid;   //得到对应vid,pid的quriks.如果没有,则返回0
 quirks = usbhid_lookup_quirk(le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
   le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));   //如果为boot设备且为keyboard或mouse.则quirks=HID_QUIRK_NOGET  
 if (interface->desc.bInterfaceSubClass == USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT) {
  if (interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD ||
   interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE)
    quirks |= HID_QUIRK_NOGET;
 }   //如果quirks显示要忽略,则退出probe  if (quirks & HID_QUIRK_IGNORE)
  return NULL;   //HID_QUIRK_IGNORE_MOUSE表示如果为mouse,则忽略。  if ((quirks & HID_QUIRK_IGNORE_MOUSE) &&
  (interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE))
   return NULL;   //如果interface扩展描述符中没有类型为HID_DT_HID条目,或者interface包含的endpoint数目为0,又或者interface endpoint中扩展描述符中没有类型为HID_DT_HID的条目。则退出。
 if (usb_get_extra_descriptor(interface, HID_DT_HID, &hdesc) &&
     (!interface->desc.bNumEndpoints ||
      usb_get_extra_descriptor(&interface->endpoint[0], HID_DT_HID, &hdesc))) {
  dbg_hid("class descriptor not present\n");
  return NULL;
 }   //得到描述符长度:  for (n = 0; n < hdesc->bNumDescriptors; n++)
  if (hdesc->desc[n].bDescriptorType == HID_DT_REPORT)
   rsize = le16_to_cpu(hdesc->desc[n].wDescriptorLength);   //如果描述符长度不对,则退出  if (!rsize || rsize > HID_MAX_DESCRIPTOR_SIZE) {
  dbg_hid("weird size of report descriptor (%u)\n", rsize);
  return NULL;
 }   //创建此长度内存空间  if (!(rdesc = kmalloc(rsize, GFP_KERNEL))) {
  dbg_hid("couldn't allocate rdesc memory\n");
  return NULL;
 }   //向dev的endpoint发送HID_REQ_SET_IDLE request.  hid_set_idle(dev, interface->desc.bInterfaceNumber, 0, 0);   //取得report description的详细信息,放到rdesc中。  if ((n = hid_get_class_descriptor(dev, interface->desc.bInterfaceNumber, HID_DT_REPORT, rdesc, rsize)) < 0) {
  dbg_hid("reading report descriptor failed\n");
  kfree(rdesc);
  return NULL;
 }  usbhid_fixup_report_descriptor(le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
   le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct), rdesc,
   rsize, rdesc_quirks_param);  dbg_hid("report descriptor (size %u, read %d) = ", rsize, n);
 for (n = 0; n < rsize; n++)
  dbg_hid_line(" %02x", (unsigned char) rdesc[n]);
 dbg_hid_line("\n");   //解析report。并建立hid_device.返回给hid.  if (!(hid = hid_parse_report(rdesc, n))) {
  dbg_hid("parsing report descriptor failed\n");
  kfree(rdesc);
  return NULL;
 }  kfree(rdesc);
 hid->quirks = quirks;      if (!(usbhid = kzalloc(sizeof(struct usbhid_device), GFP_KERNEL)))
  goto fail_no_usbhid;  hid->driver_data = usbhid;
 usbhid->hid = hid;  usbhid->bufsize = HID_MIN_BUFFER_SIZE;
 hid_find_max_report(hid, HID_INPUT_REPORT, &usbhid->bufsize);
 hid_find_max_report(hid, HID_OUTPUT_REPORT, &usbhid->bufsize);
 hid_find_max_report(hid, HID_FEATURE_REPORT, &usbhid->bufsize);  if (usbhid->bufsize > HID_MAX_BUFFER_SIZE)
  usbhid->bufsize = HID_MAX_BUFFER_SIZE;  hid_find_max_report(hid, HID_INPUT_REPORT, &insize);  if (insize > HID_MAX_BUFFER_SIZE)
  insize = HID_MAX_BUFFER_SIZE;  if (hid_alloc_buffers(dev, hid)) {
  hid_free_buffers(dev, hid);
  goto fail;
 }  for (n = 0; n < interface->desc.bNumEndpoints; n++) {   struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
  int pipe;
  int interval;   endpoint = &interface->endpoint[n].desc;
  if ((endpoint->bmAttributes & 3) != 3)  
   continue;   interval = endpoint->bInterval;   
  if (hid->collection->usage == HID_GD_MOUSE && hid_mousepoll_interval > 0)
   interval = hid_mousepoll_interval;   if (usb_endpoint_dir_in(endpoint)) {
   if (usbhid->urbin)
    continue;
   if (!(usbhid->urbin = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL)))
    goto fail;
   pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
   usb_fill_int_urb(usbhid->urbin, dev, pipe, usbhid->inbuf, insize,
      hid_irq_in, hid, interval);
   usbhid->urbin->transfer_dma = usbhid->inbuf_dma;
   usbhid->urbin->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
  } else {
   if (usbhid->urbout)
    continue;
   if (!(usbhid->urbout = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL)))
    goto fail;
   pipe = usb_sndintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
   usb_fill_int_urb(usbhid->urbout, dev, pipe, usbhid->outbuf, 0,
      hid_irq_out, hid, interval);
   usbhid->urbout->transfer_dma = usbhid->outbuf_dma;
   usbhid->urbout->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
  }
 }  if (!usbhid->urbin) {
  err_hid("couldn't find an input interrupt endpoint");
  goto fail;
 }  init_waitqueue_head(&hid->wait);  INIT_WORK(&usbhid->reset_work, hid_reset);
 setup_timer(&usbhid->io_retry, hid_retry_timeout, (unsigned long) hid);  spin_lock_init(&usbhid->inlock);
 spin_lock_init(&usbhid->outlock);
 spin_lock_init(&usbhid->ctrllock);  hid->version = le16_to_cpu(hdesc->bcdHID);
 hid->country = hdesc->bCountryCode;
 hid->dev = &intf->dev;
 usbhid->intf = intf;
 usbhid->ifnum = interface->desc.bInterfaceNumber;  hid->name[0] = 0;  if (dev->manufacturer)
  strlcpy(hid->name, dev->manufacturer, sizeof(hid->name));  if (dev->product) {
  if (dev->manufacturer)
   strlcat(hid->name, " ", sizeof(hid->name));
  strlcat(hid->name, dev->product, sizeof(hid->name));
 }  if (!strlen(hid->name))
  snprintf(hid->name, sizeof(hid->name), "HID %04x:%04x",
    le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
    le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));  hid->bus = BUS_USB;
 hid->vendor = le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor);
 hid->product = le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct);  usb_make_path(dev, hid->phys, sizeof(hid->phys));
 strlcat(hid->phys, "/input", sizeof(hid->phys));
 len = strlen(hid->phys);
 if (len < sizeof(hid->phys) - 1)
  snprintf(hid->phys + len, sizeof(hid->phys) - len,
    "%d", intf->altsetting[0].desc.bInterfaceNumber);  if (usb_string(dev, dev->descriptor.iSerialNumber, hid->uniq, 64) <= 0)
  hid->uniq[0] = 0;  usbhid->urbctrl = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
 if (!usbhid->urbctrl)
  goto fail;  usb_fill_control_urb(usbhid->urbctrl, dev, 0, (void *) usbhid->cr,
        usbhid->ctrlbuf, 1, hid_ctrl, hid);
 usbhid->urbctrl->setup_dma = usbhid->cr_dma;
 usbhid->urbctrl->transfer_dma = usbhid->ctrlbuf_dma;
 usbhid->urbctrl->transfer_flags |= (URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP | URB_NO_SETUP_DMA_MAP);
 hid->hidinput_input_event = usb_hidinput_input_event;
 hid->hid_open = usbhid_open;
 hid->hid_close = usbhid_close;
#ifdef CONFIG_USB_HIDDEV
 hid->hiddev_hid_event = hiddev_hid_event;
 hid->hiddev_report_event = hiddev_report_event;
#endif
 return hid; fail:
 usb_free_urb(usbhid->urbin);
 usb_free_urb(usbhid->urbout);
 usb_free_urb(usbhid->urbctrl);
 hid_free_buffers(dev, hid);
 kfree(usbhid);
fail_no_usbhid:
 hid_free_device(hid);  return NULL;
}
  1.1.1: usbhid_lookup_quirk(pid,vid)解析: 分别使用usbhid_exists_dquirk(pid,vid),usbhid_exists_squirk(pid,vid)来查看动态和静态的quirks-list.如果有,则返回此quirks.没有,则返回0。   1.1.2:usb_get_extra_descriptor(descriptor, type, &hdesc)解析: 它调用__usb_get_extra_descriptor()来解析参数一(interface或endpoint 描述符)中的扩展描述符区--extra。看是否有类型为参数二(type)的条目,然后把地址交给参数三。 Sam未经证明的猜测:HID设备中,interface描述符中包含的这个扩展描述符。其中存放的都是HID信息,以hid_descriptor结构存放。 对于HID设备来说,在interface description之后会附加一个hid description, hid description中的最后部份包含有Report description或者Physical Descriptors的长度. hid_descriptor->usb_descriptor_header->bDescriptorType为HID_DT_HID 后面描述符(包括它自己)hid_descriptor->hid_class_descriptor->bDescriptorType 为HID_DT_REPORT   1.1.3:hid_set_idle(struct usb_device *dev, int ifnum, int report, int idle): 它简单的调用usb_control_msg() 发送或接收一个usb 控制消息。 具体到这个例子中: usb_control_msg(dev, usb_sndctrlpipe(dev, 0),
  HID_REQ_SET_IDLE, USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE, (idle << 8) | report,
  ifnum, NULL, 0, USB_CTRL_SET_TIMEOUT); usb_sndctrlpipe(dev, 0):指出将dev中endpoint 0 设为发送control管道。 HID_REQ_SET_IDLE:此控制消息的Request。 USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE:请求类型. 调用成功才会返回。   1.1.4: hid_get_class_descriptor(dev, interface->desc.bInterfaceNumber, HID_DT_REPORT, rdesc, rsize) 也是通过调用usb_control_msg() 发送或接收一个usb 控制消息。 发送USB_REQ_GET_DESCRIPTOR,将得到的 report descriptor放到rdesc中。   1.1.5: hid_parse_report(__u8 *start, unsigned size) 参数一:通过usb_control_msg发送request(USB_REQ_GET_DESCRIPTOR) 从设备得到的report descriptor. 参数二:是此report Descriptor的长度。 1).首先创建hid_device类型设备。 2). 将参数一中数据保存在hid_device->rdesc中。长度保存在hid_device->rsize中。 3). 使用fetch_item(__u8 *start, __u8 *end, struct hid_item *item)得到report description的下一项数据。放到item中。 4). 根据不同的item.type.分别调用 hid_parser_main,
  hid_parser_global,
  hid_parser_local,
  hid_parser_reserved 来处理。 读USB HID driver时,看到quirks这部分内容。因为之前在看USB部分代码时,常看到类似的内容,但对它的语义理解并不清楚,只是笼统地认为是一个需要修正的东西。现在稍微研究一下。   一:quirks简介: quirks: 怪癖的意思,也就是说它某种特性与通常的USB设备不相同。     Sam之前是在USB部分看到quirks: 在~/drivers/usb/core/quirks.c中,有个usb_quirk_list列表,它其实就是一个黑名单,描述了某个设备有何种问题。例如:
 { USB_DEVICE(0x03f0, 0x4002), .driver_info = USB_QUIRK_NO_AUTOSUSPEND }, 表明:vid=0x03f0,pid=0x4002的设备(Hewlett-Packard PhotoSmart 720 ),不能自动suspend. 这个列表是不断扩展的,不断添加有问题的设备上来。 则判断一个设备是不是在这张黑名单上,然后如果是的,就判断它具体是属于哪种问题,     二:HID quirks: Sam在看USB HID driver时,在modules insmod时,会调用hid_init()。它又会调用usbhid_quirks_init() 如果在insmod modules时,使用modules参数添加了quirks,格式为:quirks=pid:vid:quirks 则将此项内容添加或替换在动态建立的dquirks_list中。换句话说,也就是当modules的提供商知道自己的设备会有什么异常时,可以这样使用。 注意:此处仅仅是将某种PID,VID的quirks添加进动态列表而已。   有动态黑名单,就有静态黑名单。静态黑名单在~/drivers/hid/usbhid/hid-quirks.c中--hid_blacklist。它描绘了已知所有的quirks.     三:如何使用HID quirks: 在hid 设备probe时,会调用usbhid_lookup_quirk(),它则分别调用usbhid_exists_dquirk(动态)——和usbhid_exists_squirk(静态) 在静态黑名单和动态黑名单中寻找有没有对应的vid和pid设备。如果有,则将quirks纪录在hid->quirks中。                

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