【转】Linux-USB-检测枚举

转自：

BEYOND ME 的163blog

USB设备检测的一般过程
USB设备检测也是通过/proc目录下的USB文件系统进行的。为了使一个USB设备能够正常工作，必须要现在系统中插入USB桥接器模块。在检测开始时，一般要先检测是否存在/proc/bus/usb目录，若不存在则尝试插入USB桥接模块。

现在一般的USB桥接器模块有两种类型，UHCI和OHCI。在决定插入那一个桥接器模块时，可以察看/proc/pci文件来决定。

打开此文件，您若发现 USB节为 I/O at 0xHHHH格式（例如出现 I/O at 0xe000 [0xe01f]），HHHH为16进制数，则桥接器类型为UHCI。

若是它为32 bit memory at 0xHH000000形式（例如出现32 bit memory at 0xee000000），HH为16进制数，则桥接器类型为OHCI。

但是若您的桥接器类型不满足上述任何一种情况，唯一的解决办法就是您尝试插入这两种模块，直到成功为止。一般而言，UHCI类型的桥接器它的插入模块是uhci或usb-uhci（由内核版本决定）；而对于OHCI类型的桥接器它的插入模块是ohci或usb-ohci。

您在正确的插入了桥接器模块之后，这时/proc文件系统下就会出现USB设备目录，不过这时这个目录是空的，没有任何文件。这时您就必须挂接usbdevfs文件系统，然后通过此文件系统检测连接的设备。

在成功挂接usb文件系统之后，就会生成文件 /proc/bus/usb/devices，/proc/bus/usb/drivers和目录/proc/bus/usb/busNo。

挂接usbdevfs文件

您可以通过如下操作实现：
mount -t usbdevfs none /proc/bus/usb
或在/etc/fstab上加入
none /proc/bus/usb usbdevfs defaults 0 0
然后通过/proc/bus/usb/devices文件的内容，您就可以获得连接的设备信息，包括设备标识和制造商标是等信息。

usb设备类型描述：
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
设备规范            设备类码            接口类码
应用程序特定        -                      0xFE
声音接口             0x00                0x01
通信设备             0x02                -
CDC控制接口         -                   0x02
CDC数据接口         -                   0x0A
HID                     0x00                0x03
HUB                    0x09                0x09
批量存储设备        0x00                0x08
监视器              same as HID         same as HID
电源设备            same as HID         same as HID
物理设备            -                   0x05
打印机              -                   0x07
供应商特定          -                   0xFF

5.2 usb文件系统简介
T = 总线拓扑结构(Lev, Prnt, Port, Cnt, 等)，是指USB设备和主机之间的连接方式
B = 带宽 (仅用于USB主控制器)
D = 设备描述信息
P = 产品标识信息
S = 串描述符
C = 配置描述信息 (* 表示活动配置)
I = 接口描述信息
E = 终端点描述信息

一般格式：
d = 十进制数
x = 十六进制数
s = 字符串

拓扑信息

T:   Bus=dd Lev=dd Prnt=dd Port=dd Cnt=dd Dev#=ddd Spd=ddd MxCh=dd
|    |        |        |          |         |         |          |          |__最大子设备
|    |        |        |          |         |         |          |__设备速度（Mbps）
|    |        |        |          |         |         |__设备编号
|    |        |        |          |         |__这层的设备数
|    |        |        |          |__此设备的父连接器/端口
|    |        |        |__父设备号
|    |        |__此总线在拓扑结构中的层次
|    |__总线编号
|__拓扑信息标志

带宽信息

B:   Alloc=ddd/ddd us (xx%), #Int=ddd, #Iso=ddd
|    |                             |            |__同步请求编号
|    |                             |__中断请求号
|    |__分配给此总线的总带宽
|__带宽信息标志

设备描述信息和产品标识信息

D:   Ver=x.xx Cls=xx(s) Sub=xx Prot=xx MxPS=dd #Cfgs=dd
P:   Vendor=xxxx ProdID=xxxx Rev=xx.xx

D:   Ver=x.xx Cls=xx(sssss) Sub=xx Prot=xx MxPS=dd #Cfgs=dd
|    |           |                |         |         |         |__配置编号
|    |           |                |         |         |______缺省终端点的最大包尺寸
|    |           |                |         |                   
|    |           |                |         |__设备协议
|    |           |                |__设备子类型
|    |           |__设备类型
|    |__设备USB版本
|__设备信息标志编号#1

P:   Vendor=xxxx ProdID=xxxx Rev=xx.xx
|    |              |               |__产品修订号
|    |              |__产品标识编码
|    |__制造商标识编码
|__设备信息标志编号#2

串描述信息

S:   Manufacturer=ssss
|    |__设备上读出的制造商信息
|__串描述信息

S:   Product=ssss
|    |__设备上读出的产品描述信息，对于USB主控制器此字段为"USB *HCI Root Hub"
|__串描述信息

S:   SerialNumber=ssss
|    |__设备上读出的序列号，对于USB主控制器它是一个生成的字符串，表示设备标识
|__串描述信息

配置描述信息

C:   #Ifs=dd Cfg#=dd Atr=xx MPwr=dddmA
|    |          |         |        |__最大电流（mA）
|    |          |         |__属性
|    |          |__配置编号
|    |__接口数
|__配置信息标志

接口描述信息(可为多个)

I:   If#=dd Alt=dd #EPs=dd Cls=xx(sssss) Sub=xx Prot=xx Driver=ssss
|    |        |         |         |                 |        |         |__驱动名
|    |        |         |         |                 |        |__接口协议
|    |        |         |         |                 |__接口子类
|    |        |         |         |__接口类
|    |        |         |__中断点数
|    |        |__可变设置编号
|    |__接口编号
|__接口信息标志

终端点描述信息

E:   Ad=xx(s) Atr=xx(ssss) MxPS=dddd Ivl=dddms
E:   Ad=xx(s) Atr=xx(ssss) MxPS=dddd Ivl=dddms
|    |           |               |            |__间隔
|    |           |               |__终端点最大包尺寸
|    |           |__属性(终端点类型)
|    |__终端点地址(I=In,O=Out)
|__终端点信息标志

举个例子，这是在连接了一个USB键盘时的配置情况。
T: Bus=01 Lev=00 Prnt=00 Port=00 Cnt=00 Dev#= 1 Spd=12 MxCh= 2
B: Alloc= 41/900 us ( 5%), #Int= 3, #Iso= 0

D: Ver= 1.00 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs= 1
P: Vendor=0000 ProdID=0000 Rev= 0.00
S: Product=USB UHCI Root Hub
S: SerialNumber=e000
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=40 MxPwr= 0mA
I: If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub
E: Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS= 8 Ivl=255ms

T: Bus=01 Lev=01 Prnt=01 Port=00 Cnt=01 Dev#= 2 Spd=12 MxCh= 3
D: Ver= 1.10 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs= 1
P: Vendor=07e4 ProdID=a961 Rev= 0.01
S: Manufacturer=ALCOR
S: Product=Movado USB Keyboard
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=100mA
I: If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub
E: Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS= 1 Ivl=255ms

T: Bus=01 Lev=02 Prnt=02 Port=00 Cnt=01 Dev#= 3 Spd=12 MxCh= 0
D: Ver= 1.10 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs= 1
P: Vendor=07e4 ProdID=a961 Rev= 0.01
S: Manufacturer=ALCOR
S: Product=Movado USB Keyboard
C:* #Ifs= 2 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr= 0mA
I: If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=03(HID ) Sub=01 Prot=01 Driver=hid
E: Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS= 8 Ivl= 10ms
I: If#= 1 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=03(HID ) Sub=00 Prot=00 Driver=hid
E: Ad=82(I) Atr=03(Int.) MxPS= 4 Ivl=255ms


它的物理拓扑可用下图来表示：

对于Linux下的usb设备而言，T:（总线拓扑）行用于生成连接在hub上的设备的描述信息，I:（接口信息）行可用于决定每个设备所用的驱动程序，C:（配置信息）可用于列出设备使用最大电流。

 

 

 

 

USB的枚举过程

所谓USB设备与主机是通过检测Vcc上拉电阻的变化来确定是否有设备连接的。在D12内部集成了1.5kΩ的上拉电阻，默认状态下不与Vcc相连，程序运行时可以向D12发送连接命令使1.5kΩ电阻连接到Vcc，这样主机便检测到有设备连接。

它的枚举过程分析如下。

设备连接到总线后，设备从总线获得5V电源，程序首先初始化，端口，然后向D12发出USB连接命令。

主机检测到设备连接 。

主机向设备发出第一个信号：总线复位。总线复位产生一个中断，并且D12器件在默认地址0处使能，以便在接下来的枚举过程中使用地址0传输命令和数 据，同时中断寄存器的总线复位位被置为1。在程序中的表现是，D12向主循环请求中断，进入中断处理程序USB_int_handler()，读取中断寄 存器，确定中断的类型，进行相应的处理。

主机使用默认地址0读取设备描述符。

具体过程是：主机向D12发送第一个Setup包，每个Setup包都是8个字节，第一个包Get Descriptor的内容为：80 06 00 01 00 00 40 00 ，数据为16进制表示。其中的40表示返回的数据最大长度为40H字节。此Setup包存储在D12的端点0缓冲区中，并产生一个外部中断。（这时在 D12的中断寄存器中保存了中断的类型：端点0的OUT中断，即中断寄存器字节1的值应为0x01）进入中断服务程序后，由于D12端点0的缓冲区只有 16个字节，所以单片机就先发送16个字节的设备描述符。

当主机接收到这16个字节的字符后，就认为真正有设备连接了。

地址分配。

主机向D12发送第二个Setup包，这是一个含有指定地址的数据包，其内容一般为：00 05 02 00 00 00 00 00 ，其中的02就表示主机为设备分配的地址为0x02，在以后的通信里设备就只对0x02地址的信息作出应答。D12收到这个Setup包后同样产生一个中 断（端点0的OUT中断），需要注意的是单片机处理这个中断时需要向主机返回一个长度为0的空数据包。

主机从新的地址获取设备描述符。

主机收到设备发来的空的应答数据包后，确认地址分配成功。然后主机向D12发送第三个Setup包，再次要求获取设备描述符。这个Setup包的内 容一般是：80 06 00 01 00 00 12 00 。与上次不同的是，这次要求实际的描述符长度，其中的12（十六进制数）表示要求得到全部18字节的设备描述符。因为每次只能发送16字节，因此程序中要 分两次完成此要求。第一次16字节，第二次2字节。

主机读取配置描述符。

成功得到18字节的设备描述符后，主机向D12发送第四个Setup包，要求得到设备的配置描述符。 这个Setup包的数据为：80 06 00 02 00 00 09 00 。其中的09指定设备返回9字节数据，这正是配置描述符的长度。

读取描述符集合。

成功得到9字节的配置描述符后，主机向D12发送第五个Setup包，要求得到设备的配置描述符、接口描述符、端点描述符的集合 。这次Setup包的内容是：80 06 00 02 00 00 FF 00 。由于不知道描述符集合的真实长度，因此它要求得到256字节。

到这一步，主机现在应该已经发现新硬件并为新设备安装好驱动程序。对于以上过程，主机是在总线驱动层处理，下面的一步，也是典型枚举过程的最后一步，就需要设备驱动程序来做了。

数值配置 。

主机得到各种描述符之后，认为设备的信息已经齐全，便对设备进行配置，使设备从地址状态进入配置状态。

主机向D12发送第六个Setup包，其数据为：00 09 01 00 00 00 00 00 。程序中需要调用Set Configuration（）函数处理此事件，允许所有端点进入工作状态。

至此，USB枚举过程结束，设备可以正常使用了。在这个过程中D12指示灯根据通信的状况间歇闪烁。

 

USB 最主要的的是要理解   USB主机发送命令给设备，设备要对主机的命令进行响应， USB通讯的基本单位为 “包”   理解好“包”这个概念是学习USB的关键所在。

包有如下分类：
分别是令牌包、数据包、握手包和特殊包（其实是由PID决定的）

令牌包：可分为输入包、输出包、设置包和帧起始包（注意这里的输入包是用于设置输入命令的，输出包是用来设置输出命令的，而不是放据数的）其中输入包、输出包和设置包的格式都是一样的： SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5（五位的校验码）
帧起始包： SYNC+PID+11位FRAM+CRC5（五位的校验码）
数据包：分为DATA0包和DATA1包，当USB发送数据的时候，当一次发送的数据长度大于相应端点的容量时，就需要把数据包分为好几个包，分批发 送，DATA0包和DATA1包交替发送，即如果第一个数据包是DATA0，那第二个数据包就是DATA1。但也有例外情况，在同步传输中（四类传输类型 中之一），所有的数据包都是为DATA0，格式如下：
SYNC+PID+0~1023字节+CRC16
握手包：结构最为简单的包，格式如下
SYNC+PID

下面举几个例子来说明USB的通讯过程：
1：主机想要向设备传送一串数据。 过程如下：
（1）   主机向从机发送 “令牌包”，令牌包的类型为输出包，表示主机要向从机发送数据了。
（2）   主机向从机发送完令牌以后，USB处理器件根据发送的令牌，会将中断状态寄存器标志置位，从机CPU通过查询USB处理器件的中断状态寄存器，对主机的令牌包进行响应
（3）   从机判别出中断类型，于是，准备从主机接收数据。
（4）   从机准备好了，于是主机开始发送“数据包” 这时，USB处理器件会自动将从主发送过来的数据放如它的内部缓冲区内，接收完这个数据包后，从机向主机发送“应答包”
这就是一个完整的通讯过程。
由以上可以看出，USB若是想要传送数据，那么主机必须先发一个 IN 或OUT的令牌包，然后发送DATA0，或DATA1数据包。
简单的用现实生活中的事件进行描述： 老板想让员工去做一件事情，老板 先会发出命令，告诉要做什么事情，员工准备好以后呢，老板再把做这件事情的经费发放给员工，当员工把发放的经费清点以后，发现数目正确，他会给老板一个回 应信息，告诉老板，钱已经收到了，而且数目正确。
老板想让员工做的事： 对应USB通讯里的令牌包。
老板想要发放的经费： 对应USB通讯里的数据包。
员工给老板的回应：    对应USB通讯里的握手包。
这里尤其需要注意一个问题就是：
USB主机向设备发送令牌包的时候，接收令牌是有USB器件来完成的，而不是有从机CPU来完成的，如主机发送一个如下的令牌：
SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC5
USB器件回根据PID的类型来判断是哪种类型的令牌 根据ADDR的值来判断是否是和自己通讯，根据ENDP的值来判断是和哪个端点进行通讯，根据校验来判断，数据传送是否无误。根据以上的令牌包信 息，USB器件会将其内部的中断状态寄存器相应的位置位，从机CPU可以查询这个中断状态寄存器来进行相应的操作。