usb鼠标驱动注解及测试

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作者：刘洪涛，华清远见嵌入式学院高级讲师，ARM ATC授权培训讲师。

参考2.6.14版本中的driver/usb/input/usbmouse.c。鼠标驱动可分为几个部分：驱动加载部分、probe部分、open部分、urb回调函数处理部分。
下文阴影部分为注解。

一、驱动加载部分

static int __init usb_mouse_init(void)
{
int retval = usb_register(&usb_mouse_driver);//注册鼠标驱动
if (retval == 0)
info(DRIVER_VERSION ":" DRIVER_DESC);
return retval;
}

其中usb_mouse_driver的定义为：

static struct usb_driver usb_mouse_driver = {
.owner= THIS_MODULE,
.name = "usbmouse",
.probe = usb_mouse_probe,
.disconnect= usb_mouse_disconnect,
.id_table= usb_mouse_id_table,
};

如果注册成功的话，将会调用usb_mouse_probe。那么什么时候才算注册成功呢？

和其它驱动注册过程一样，只有在其对应的“总线”上发现匹配的“设备”才会调用probe。总线匹配的方法和具体总线相关，如：platform_bus_type中是判断驱动名称和平台设备名称是否相同；那如何确认usb总线的匹配方法呢？

Usb设备是注册在usb_bus_type总线下的。查看usb_bus_type的匹配方法。

struct bus_type usb_bus_type = {
.name ="usb",
.match =usb_device_match,
.hotplug =usb_hotplug,
.suspend =usb_generic_suspend,
.resume =usb_generic_resume,
};

其中usb_device_match定义了匹配方法

static int usb_device_match (struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
struct usb_interface *intf;
struct usb_driver *usb_drv;
const struct usb_device_id *id;
/* check for generic driver, which we don't match any device with */
if (drv == &usb_generic_driver)
return 0;
intf = to_usb_interface(dev);
usb_drv = to_usb_driver(drv);
id = usb_match_id (intf, usb_drv->id_table);
if (id)
return 1;
return 0;
}

可以看出usb的匹配方法是usb_match_id (intf, usb_drv->id_table)，也就是说通过比对“dev中intf信息”和“usb_drv->id_table信息”，如果匹配则说明驱动所对应的设备已经添加到总线上了，所以接下了就会调用drv中的probe方法注册usb设备驱动。

usb_mouse_id_table的定义为：

static struct usb_device_id usb_mouse_id_table[] = {
{ USB_INTERFACE_INFO(3, 1, 2) },
{ } /* Terminating entry */
};

#define USB_INTERFACE_INFO(cl,sc,pr) \
.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, \
.bInterfaceClass = (cl), \
.bInterfaceSubClass = (sc), \
.bInterfaceProtocol = (pr)

鼠标设备遵循USB人机接口设备（HID），在HID规范中规定鼠标接口类码为：

接口类：0x03

接口子类：0x01

接口协议：0x02

这样分类的好处是设备厂商可以直接利用标准的驱动程序。除了HID类以外还有Mass storage、printer、audio等

#define USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO \
(USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_CLASS | USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_SUBCLASS | USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_PROTOCOL)

匹配的过程为：

usb_match_id(struct usb_interface *interface, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_host_interface *intf;
struct usb_device *dev;

/* proc_connectinfo in devio.c may call us with id == NULL. */
if (id == NULL)
return NULL;

intf = interface->cur_altsetting;
dev = interface_to_usbdev(interface);

/* It is important to check that id->driver_info is nonzero,
since an entry that is all zeroes except for a nonzero
id->driver_info is the way to create an entry that
indicates that the driver want to examine every
device and interface. */
for (; id->idVendor || id->bDeviceClass || id->bInterfaceClass ||
id->driver_info; id++) {

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR) &&
id->idVendor != le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor))
continue;

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT) &&
id->idProduct != le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct))
continue;

/* No need to test id->bcdDevice_lo != 0, since 0 is never greater than any unsigned number. */
if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_LO) &&
(id->bcdDevice_lo > le16_to_cpu(dev->descriptor.bcdDevice)))
continue;

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_HI) &&
(id->bcdDevice_hi < le16_to_cpu(dev->descriptor.bcdDevice)))
continue;

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_CLASS) &&
(id->bDeviceClass != dev->descriptor.bDeviceClass))
continue;

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_SUBCLASS) &&
(id->bDeviceSubClass!= dev->descriptor.bDeviceSubClass))
continue;

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_PROTOCOL) &&
(id->bDeviceProtocol != dev->descriptor.bDeviceProtocol))
continue;

//接口类

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_CLASS) &&
(id->bInterfaceClass != intf->desc.bInterfaceClass))
continue;

//接口子类

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_SUBCLASS) &&
(id->bInterfaceSubClass != intf->desc.bInterfaceSubClass))
continue;

//遵循的协议

if ((id->match_flags & USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_PROTOCOL) &&
(id->bInterfaceProtocol != intf->desc.bInterfaceProtocol))
continue;

return id;
}
return NULL;
}

从中可以看出，只有当设备的接口类、接口子类、接口协议匹配鼠标驱动时鼠标驱动才会调用probe方法。

二、probe部分

static int usb_mouse_probe(struct usb_interface * intf, const struct usb_device_id * id)
{
struct usb_device * dev = interface_to_usbdev(intf);
struct usb_host_interface *interface;
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
struct usb_mouse *mouse;
int pipe, maxp;
char path[64];

interface = intf->cur_altsetting;

/* 以下是网络的一段对cur_altsettin的解释，下面就借花献佛。usb 设备有一个configuration 的概念,表示配置，一个设备可以有多个配置，但只能同时激活一个，如：一些设备可以下载固件，或可以设置不同的全局模式，就像手机可以被设定为静音模式或响铃模式一样。而这里又有一个setting,咋一看有些奇怪,这两个词不是一回事吗.还是拿我们最熟悉的手机来打比方,configuration 不说了,setting,一个手机可能各种配置都确定了,是振动还是铃声已经确定了,各种功能都确定了,但是声音的大小还可以变吧,通常手机的音量是一格一格的变动,大概也就5,6 格,那么这个可以算一个setting 吧.这里cur_altsetting 就是表示的当前的这个setting,或者说设置。可以查看原码中usb_interface 结构定义的说明部分。从说明中可以看到一个接口可以有多种setting*/

if (interface->desc.bNumEndpoints != 1)
return -ENODEV;

/*根据HID规则，期望鼠标只有一个端点即中断端点bNumEndpoints 就是接口描述符中的成员,表示这个接口有多少个端点，不过这其中不包括0 号端点，0号端点是任何一个usb 设备都必须是提供的,这个端点专门用于进行控制传输,即它是一个控制端点.正因为如此,所以即使一个设备没有进行任何设置，usb 主机也可以开始跟它进行一些通信,因为即使不知道其它的端点，但至少知道它一定有一个0号端点，或者说一个控制端点。
*/

endpoint = &interface->endpoint[0].desc;//端点0描述符，此处的0表示中断端点
if (!(endpoint->bEndpointAddress & 0x80))
return -ENODEV;

/*先看bEndpointAddress,这个struct usb_endpoint_descriptor 中的一个成员,是8个bit，或者说1 个byte，其中bit7 表示的是这个端点的方向，0 表示OUT，1 表示IN，OUT 与IN 是对主机而言。OUT 就是从主机到设备，IN 就是从设备到主机。而宏*USB_DIR_IN 来自
*include/linux/usb_ch9.h
* USB directions
* This bit flag is used in endpoint descriptors' bEndpointAddress field.
* It's also one of three fields in control requests bRequestType.
*#define USB_DIR_OUT 0 /* to device */
*#define USB_DIR_IN 0x80 /* to host */
*/

if ((endpoint->bmAttributes & 3) != 3)? //判断是否是中断类型
return -ENODEV;

/* bmAttributes 表示属性,总共8位,其中bit1和bit0 共同称为Transfer Type,即传输类型,即00 表示控制,01 表示等时,10 表示批量,11 表示中断*/

pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);//构造中断端点的输入pipe

maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));

/*跟踪usb_maxpacket
usb_maxpacket(struct usb_device *udev, int pipe, int is_out)
{
struct usb_host_endpoint *ep;
unsigned epnum = usb_pipeendpoint(pipe);
/*
得到的自然就是原来pipe 里边的15 至18 位.一个pipe 的15 位至18 位是endpoint 号,(一共16 个endpoint,)所以很显然,这里就是得到endpoint 号
*/
if (is_out) {
WARN_ON(usb_pipein(pipe));
ep = udev->ep_out[epnum];
} else {
WARN_ON(usb_pipeout(pipe));
ep = udev->ep_in[epnum];
}
if (!ep)
return 0;
/* NOTE:? only 0x07ff bits are for packet size... */
return le16_to_cpu(ep->desc.wMaxPacketSize);
}
*/
//返回对应端点能够传输的最大的数据包，鼠标的返回的最大数据包为4个字节，
第0个字节：bit 0、1、2、3、4分别代表左、右、中、SIDE、EXTRA键的按下情况
第1个字节：表示鼠标的水平位移
第2个字节：表示鼠标的垂直位移
第3个字节：REL_WHEEL位移

if (!(mouse = kmalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL)))
return -ENOMEM;
memset(mouse, 0, sizeof(struct usb_mouse));
mouse->data = usb_buffer_alloc(dev, 8, SLAB_ATOMIC, &mouse->data_dma);

/*
申请用于urb用于数据传输的内存，注意：这里将返回“mouse->data”和“mouse->data_dma”
mouse->data：记录了用于普通传输用的内存指针
mouse->data_dma：记录了用于DMA传输的内存指针
如果是DMA 方式的传输，那么usb core 就应该使用mouse->data_dma
*/

if (!mouse->data) {
kfree(mouse);
return -ENOMEM;
}
mouse->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
if (!mouse->irq) {
usb_buffer_free(dev, 8, mouse->data, mouse->data_dma);
kfree(mouse);
return -ENODEV;
}
mouse->usbdev = dev;
mouse->dev.evbit[0] = BIT(EV_KEY) | BIT(EV_REL);

//设置input系统响应按键和REL（相对结果）事件

mouse->dev.keybit[LONG(BTN_MOUSE)] = BIT(BTN_LEFT) | BIT(BTN_RIGHT) | BIT(BTN_MIDDLE);
mouse->dev.relbit[0] = BIT(REL_X) | BIT(REL_Y);
mouse->dev.keybit[LONG(BTN_MOUSE)] |= BIT(BTN_SIDE) | BIT(BTN_EXTRA);
mouse->dev.relbit[0] |= BIT(REL_WHEEL);

//设置input系统响应的码表及rel表

mouse->dev.private = mouse;
mouse->dev.open = usb_mouse_open;
mouse->dev.close = usb_mouse_close;

usb_make_path(dev, path, 64);
sprintf(mouse->phys, "%s/input0", path);

mouse->dev.name = mouse->name;
mouse->dev.phys = mouse->phys;
usb_to_input_id(dev, &mouse->dev.id);

/*
usb_to_input_id(const struct usb_device *dev, struct input_id *id)
{
id->bustype = BUS_USB;
id->vendor = le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor);
id->product = le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct);
id->version = le16_to_cpu(dev->descriptor.bcdDevice);
}

struct usb_device 中有一个成员struct usb_device_descriptor,而struct usb_device_descriptor 中的成员__u16 bcdDevice,表示的是制造商指定的产品的版本号,制造商id 和产品id 来标志一个设备.bcdDevice 一共16 位,是以bcd码的方式保存的信息,也就是说,每4 位代表一个十进制的数,比如0011 0110 1001 0111 就代表的3697.

业内为每家公司编一个号,这样便于管理,比如三星的编号就是0x0839,那么三星的产品中就会在其设备描述符中idVendor 的烙上0x0839.而三星自己的每种产品也会有个编号,和Digimax 410 对应的编号就是0x000a,而bcdDevice_lo 和bcdDevice_hi 共同组成一个具体设备的编号(device release
number),bcd 就意味着这个编号是二进制的格式.
*/

mouse->dev.dev = &intf->dev;

if (dev->manufacturer)
strcat(mouse->name, dev->manufacturer);
if (dev->product)
sprintf(mouse->name, "%s %s", mouse->name, dev->product);

if (!strlen(mouse->name))
sprintf(mouse->name, "USB HIDBP Mouse %04x:%04x",
mouse->dev.id.vendor, mouse->dev.id.product);

usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data,
(maxp > 8 ? 8 : maxp),
usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval);

/*
static inline void usb_fill_int_urb (struct urb *urb,
struct usb_device *dev,
unsigned int pipe,
void *transfer_buffer,
int buffer_length,
usb_complete_t complete,
void *context,
int interval)
{
spin_lock_init(&urb->lock);
urb->dev = dev;
urb->pipe = pipe;
urb->transfer_buffer = transfer_buffer;//如果不使用DMA传输方式，则使用这个缓冲指针。如何用DMA则使用transfer_DMA，这个值会在后面单独给URB赋

urb->transfer_buffer_length = buffer_length;
urb->complete = complete;
urb->context = context;
if (dev->speed == USB_SPEED_HIGH)
urb->interval = 1 << (interval - 1);
else
urb->interval = interval;
urb->start_frame = -1;

}

此处只是构建好一个urb，在open方法中会实现向usb core递交urb
*/

mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;
mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

/*
#define URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP 0x0004? //urb->transfer_dma valid on submit
#define URB_NO_SETUP_DMA_MAP??? 0x0008? //urb->setup_dma valid on submit
, 这里是两个DMA 相关的flag,一个是URB_NO_SETUP_DMA_MAP,而另一个是
URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP.注意这两个是不一样的,前一个是专门为控制传输准备的,因为只有控制传输需要有这么一个setup 阶段需要准备一个setup packet。
transfer_buffer 是给各种传输方式中真正用来数据传输的,而setup_packet 仅仅是在控制传输中发送setup 的包,控制传输除了setup 阶段之外,也会有数据传输阶段,这一阶段要传输数据还是得靠transfer_buffer,而如果使用dma 方式,那么就是使用transfer_dma.
因为这里使用了mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP,所以应该给urb的transfer_dma赋值。所以用了：
mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;
*/

input_register_device(&mouse->dev);

//向input系统注册input设备

printk(KERN_INFO "input: %s on %s\n", mouse->name, path);

usb_set_intfdata(intf, mouse);

/*
usb_set_intfdata().的结果就是使得
%intf->dev->driver_data= mouse,而其它函数中会调用usb_get_intfdata(intf)的作用就是把mouse从中取出来
*/

return 0;
}

三、open部分

当应用层打开鼠标设备时，usb_mouse_open将被调用

static int usb_mouse_open(struct input_dev *dev)
{
struct usb_mouse *mouse = dev->private;

mouse->irq->dev = mouse->usbdev;
if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL))
return -EIO;

//向usb core递交了在probe中构建好的中断urb，注意：此处是成功递交给usb core以后就返回，而不是等到从设备取得鼠标数据。

return 0;
}

四、urb回调函数处理部分

当出现传输错误或获取到鼠标数据后，urb回调函数将被执行
static void usb_mouse_irq(struct urb *urb, struct pt_regs *regs)
{
struct usb_mouse *mouse = urb->context;

//在usb_fill_int_urb中有对urb->context赋值

signed char *data = mouse->data;
struct input_dev *dev = &mouse->dev;
int status;
switch (urb->status) {
case 0: /* success */
break;
case -ECONNRESET: /* unlink */
case -ENOENT:
case -ESHUTDOWN:
return;
/* -EPIPE:? should clear the halt */
default: /* error */
goto resubmit;
}

input_regs(dev, regs);

input_report_key(dev, BTN_LEFT, data[0] & 0x01);
input_report_key(dev, BTN_RIGHT, data[0] & 0x02);
input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, data[0] & 0x04);
input_report_key(dev, BTN_SIDE, data[0] & 0x08);
input_report_key(dev, BTN_EXTRA, data[0] & 0x10);
//向input系统报告key事件，分别是鼠标LEFT、RIGHT、MIDDLE、SIDE、EXTRA键,
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)中的value非0时表示按下，0表示释放
input_report_rel(dev, REL_X, data[1]);
input_report_rel(dev, REL_Y, data[2]);
input_report_rel(dev, REL_WHEEL, data[3]);
//向input系统报告rel事件，分别是x方向位移、y方向位移、wheel值
input_sync(dev);
//最后需要向事件接受者发送一个完整的报告。这是input系统的要求。
resubmit:
status = usb_submit_urb (urb, SLAB_ATOMIC);
//重新递交urb
if (status)
err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
mouse->usbdev->bus->bus_name,
mouse->usbdev->devpath, status);
}

五、应用层测试代码编写

在应用层编写测试鼠标的测试程序，在我的系统中，鼠标设备为/dev/input/event3. 测试代码如下：

/*
* usb_mouse_test.c
*by lht
*/

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/input.h>

int main (void)
{
int fd,i,count;
struct input_event ev_mouse[2];
fd = open ("/dev/input/event3",O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf ("fd open failed\n");
exit(0);
}
printf ("\nmouse opened, fd=%d\n",fd);
while(1)
{
printf("...............................................\n");
count=read(fd, ev_mouse, sizeof(struct input_event));
for(i=0;i<(int)count/sizeof(struct input_event);i++)
{
printf("type=%d\n",ev_mouse[i].type);
if(EV_REL==ev_mouse[i].type)
{
printf("time:%ld.%d",ev_mouse[i].time.tv_sec,ev_mouse[i].time.tv_usec);
printf(" type:%d code:%d value:%d\n",ev_mouse[i].type,ev_mouse[i].code,ev_mouse[i].value);
}
if(EV_KEY==ev_mouse[i].type)
{
printf("time:%ld.%d",ev_mouse[i].time.tv_sec,ev_mouse[i].time.tv_usec);
printf(" type:%d code:%d value:%d\n",ev_mouse[i].type,ev_mouse[i].code,ev_mouse[i].value);
}
}
}
close (fd);
return 0;
}

运行结果如下：

根据type、code、value的值，可以判断出鼠标的状态，具体值参考include/linux/input.h