usb dev 介绍 （内容来自《linux内核修炼之道》，我只不过敲了一边）

 

Usb设备是一个非常复杂的东西，它由配置、接口、端点等构成。另外，通常所说的usb驱动其实是对usb接口的驱动，而不是整个usb设备。

1、 接口

设备可以有多个接口，每个接口代表一个功能，每个接口对应着一个驱动。设备模型的device落实在USB子系统，成了两个结构，一个是struct usb_device，一个是struct usb_interface.比如一个USB键盘，上面带一个扬声器，因此有两个接口，那这样肯定得要两个驱动程序，一个是键盘驱动程序，一个是音频流驱动程序。既然通常把这样两个整合在一起的东西叫做一个设备，所以要通过接口来区分两者。于是有了struct usb_interface:

struct  usb_interface {

         /* array of alternate settings for this interface,  stored in no particular order */

         struct usb_host_interface *altsetting;//可选的设置

         struct usb_host_interface *cur_altsetting;  /* 当前正在使用的设置 */

         unsigned num_altsetting;        /*可选设置(altsetting)的数量 */

         /* If there is an interface association descriptor then it will list the associated interfaces */

         struct usb_interface_assoc_descriptor *intf_assoc;

         int minor;                            /* 分配给接口的次设备号 */

         enum usb_interface_condition condition;                /* state of binding */

         unsigned is_active:1;                /* 接口是不是处于挂起状态*/

         unsigned needs_remote_wakeup:1;       /*是否需要打开远程唤醒功能 */

         struct device dev;             /*接口设备device,设备模型中的device */

         struct device *usb_dev;           /* 当接口使用USB_MAJOR时会用到 */

         int pm_usage_cnt;           /* 电源管理计数*/

};

关于配置（configuration）和设置（setting）的解释：

配置（configuration），比如一个手机可以有多种配置，比如可以摄像，可以连接在电脑上当U盘，那么这两种情况就属于不同的配置，在手机里有相应的选择菜单，选择了哪种配置就按哪种配置工作。不同的配置代表不同的功能，所以不同配置可能需要不同的接口，比如当配置为摄像的时候，需要某个接口，当配置为U盘的时候，需要另外的接口。

设置（setting），比如一个手机各种配置都确定了，是震动还是铃声也确定了。各种功能都确定了。但声音的大小还可以变，声音可以一格一格地调，这每一格就相当于一个设置。

设备 > 配置 > 接口 > 设置

关于设备号：

linux系统中USB设备的主设备号有两个预留的：

#define USB_MAJOR                          180            // LINUX为USB设备预留的主设备号

#define USB_DEVICE_MAJOR                   189  // 用于usbfs

通常来讲，USB设备会与Input、video等子系统相关联，并不只是作为USB设备而存在，其对应的驱动的probe函数里使用相应的注册函数，这时候USB_MAJOR就用不着了。

这里的minor只在USB_MAJOR起作用时才起作用。

Condition：接口和驱动的绑定状态。

远程唤醒：

         远程唤醒允许挂起的设备给主机发信号，通知主机它将从挂起状态恢复，如果主机处于挂起状态，就会唤醒主机，不然主机仍在睡，设备醒来也没用。

 

接口中的设置（setting）

Struct usb_interface中有个struct  usb_host_interface结构体:

struct  usb_host_interface{

struct  usb_interface_descriptor         desc; //接口描述符

 

/* array of desc.bNumEndpoint endpoints associated with this

 * interface setting.  these will be in no particular order.

 */

struct usb_host_endpoint *endpoint;         //这个设置用到的端点

 

char  *string;                   /*保存从设备里取出来的字符串描述符信息 */

unsigned char *extra;   //额外的描述符，如字符串描述符，厂商定义的描述符等

int extralen;  //额外描述符的长度

};

四大描述符：设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符。

                           Device               configuration   interface           endpoint

                             （存放在usb设备的EEPROM里）

接口描述符—用于描述接口本身的信息：

struct usb_interface_descriptor {

      __u8  bLength;                // 描述符的字节长度（9）

      __u8  bDescriptorType;          // 描述符的类型，值为USB_DT_INTERFACE=0x04

      __u8  bInterfaceNumber; // 接口号每个配置可以包含多个接口，这个值来区分。

      __u8  bAlternateSetting; //接口使用哪个可选设置。默认选0号设置。

      __u8  bNumEndpoints; //接口拥有的端点数量。（不包括0端点）

      __u8  bInterfaceClass; //类

      __u8  bInterfaceSubClass; // 子类

      __u8  bInterfaceProtocol; // 协议

      __u8  iInterface; //字符串描述符的索引信息。

} __attribute__ ((packed));

类、子类、协议：每个device或interface属于一个class，每个class下又分了subclass，subclass又根据设备所遵循的协议继续细分。

 

2、 端点

端点是数据传输的终点。

struct usb_host_endpoint {

struct usb_endpoint_descriptor      desc; // 端点描述符

struct list_head                 urb_list;   // 端点要处理的urb队列

void                              *hcpriv; // 提供给HCD-host controller driver用的

struct ep_device              *ep_dev; /* For sysfs info *///供sysfs使用

unsigned char *extra;   /* Extra descriptors */ //额外扩展的描述符

int extralen;

};

端点描述符：

struct usb_endpoint_descriptor {

__u8  bLength;                // 描述符的字节长度

__u8  bDescriptorType;// 描述符类型，端点为USB_DT_ENDPOINT=0x05

__u8  bEndpointAddress;// 端点的方向(IN/OUT),端点的地址，端点的端点号

__u8  bmAttributes;// 属性bit1-bit0：00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; //USB轮询式的总线

/* NOTE:  these two are _only_ in audio endpoints. */

/* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */

__u8  bRefresh;

__u8  bSynchAddress;

} __attribute__ ((packed));

 

Urb_list:

Urb_list为端点要处理的urb队列。Urb是USB通信的主角，它包含了执行USB传输所需要的所有信息，你要想和你的USB通信，就得创建urb，并且要为它赋好值，交给USB Core，它会找到合适的host controller，从而进行具体的数据传输。设备中的每个端点都可以处理一个urb队列，urb是内核里对USB传输数据的封装。

3、 设备

struct usb_device {

int              devnum;  //设备的地址，USB设备在一条USB总线上的编号

char          devpath [16];   // Use in messages: /port/port

enum usb_device_state  state;       // 设备的状态

enum usb_device_speed          speed;      //设备的速度

struct usb_tt   *tt;                    // low/full speed dev, highspeed hub

int              ttport;               // device port on that tt hub

unsigned int toggle[2];              //one bit for each endpoint      * ([0] = IN, [1] = OUT)

struct usb_device *parent;     //父指针

struct usb_bus *bus;                 // 设备所在的那条总线

struct usb_host_endpoint ep0;// 端点0

struct device dev;             // 嵌入到usb_device结构里的struce device结构

struct usb_device_descriptor descriptor;//设备描述符

struct usb_host_config *config;      //设备拥有的配置

struct usb_host_config *actconfig;//当前激活的配置

struct usb_host_endpoint *ep_in[16]; //in端点

struct usb_host_endpoint *ep_out[16];//out 端点

char **rawdescriptors;            //

unsigned short bus_mA;          /* Current available from the bus */

u8 portnum;                       /* Parent port number (origin 1) */

u8 level;                      /* Number of USB hub ancestors */

unsigned discon_suspended:1;        /* Disconnected while suspended */

unsigned have_langid:1;          /* whether string_langid is valid */

int string_langid;               //语言

…

struct list_head filelist;

int maxchild;                       //hub的端口数

struct usb_device *children[USB_MAXCHILDREN];// USB_MAXCHILDREN=31

int pm_usage_cnt;           /* usage counter for autosuspend */

u32 quirks;                          //怪癖，不符合标准的内容

…

};

devpath:

 还是拿/sys/bus/usb/devices目录举例：

在sysfs文件系统下，usb1、usb2、usb3、usb4表示计算机上连接了4条USB总线，即4个USB主机控制器。

4-0：1.0表示什么？4表示4号总线，或者说4号root hub，0 就是这里我们说的devpath，1表示配置为1号，0表示接口号为0。即：4号总线的0号端口的设备，使用的是1号配置，接口号为0. 但devpath并不是端口号。这里是root hub没有级联hub的情况.

如果有级联hub，比如3-1.3 : 1.0，如果3-1 : 1.0 是一个HUB，则下面的3号端口的设备就是3-1.3 : 1.0。总的来说，就是端口号一级一级往下加。

State：

enum usb_device_state {

         USB_STATE_NOTATTACHED = 0, // 设备已经连接到USB接口上了，是hub检测到设备时的初始状态，这里的USB_STATE_NOTATTACHED就是表示设备并未attached

         USB_STATE_ATTACHED,  //

         USB_STATE_POWERED, // 加电状态。USB设备的电源可以来自外部电源—self-powered，也可以来自hub，叫bus-powered.尽管self-powered的USB设备可能在连接上USB接口以前已经上电，但它们直到连上USB接口后才能被看做是powered

         USB_STATE_RECONNECTING,                            /* auth */

         USB_STATE_UNAUTHENTICATED,           /* auth */

         USB_STATE_DEFAULT,      //缺省状态，在powered之后，设备必须在收到一个复位信号并成功复位后，才能使用缺省地址回应主机发过来的设备和配置描述符的请求     ？？？

         USB_STATE_ADDRESS, //表示主机分配了一个唯一的地址给设备，此时设备可以使用缺省管道响应主机的请求。

         USB_STATE_CONFIGURED, // 表示设备已经被主机配置过了，此时主机可以使用设备提供的所有功能。

         USB_STATE_SUSPENDED//挂起状态，为了省电，设备在指定的时间(3ms)内如果没有发生总线传输，就要进入挂起状态。此时，USB设备要自己维护包括地址、配置在内的信息

};

上面定义了9中装填，USB2.0里只定义了6种。

usb_device_speed：

         设备的速度

         enum usb_device_speed {

         USB_SPEED_UNKNOWN = 0,                     /* enumerating */

         USB_SPEED_LOW, USB_SPEED_FULL,              /* usb 1.1 */

         USB_SPEED_HIGH,                             /* usb 2.0 */

         USB_SPEED_WIRELESS,                     /* wireless (usb 2.5) */

         USB_SPEED_SUPER,                           /* usb 3.0 */

};

tt:

         ttport，tt叫做transaction translator。可以把它想象成一块特殊的电路，是hub里面的电路，确切说是hub中的电路。HUB也有高速hub和过去的hub，但这里就有一个兼容性问题了，高速的hub是否能够支持低速/全速的设备？一般来说是不支持的，于是有了一个叫tt的电路，负责高速和低速/全速的数据转换。

toggle[2]：这个数组只有两个元素，对应IN和OUT端点，每一个端点占一位。

该数组存在的价值详解：要想和USB通信，创建一个urb，为它赋好值，交给USB core就可以了。这个urb是站在开发者的角度。实际上在USB cable里流淌的不是这样的。开发者提交的是urb，USBcable里流淌的是一个个的数据包packet。

所有的packet都是从一个SYNC同步字段开始的，SYNC是一个8bits长的二进制串，只是用来同步用的，它的最后两位标志了SYNC结束和PID（packet identifier）的开始。

PID也是一个8位的二进制串，前4位用来区分不同的packet类型，后面4位只是前四位的反码。

         PID之后紧跟地址字段，每个packet都需要知道自己去哪里。这个地址字段实际上包括两部分，7位表示了总线上连接的设备或接口的地址，4位表示端点的地址，这就是为什么每条usb总线最多只能有128个设备的原因。

         地址字段后是11位的帧号，值达到7FFH时归零。这个帧号并不是每个packet都有的。

         帧号再往后就是data字段了。他可以有0~1024个字节不等。最后还有CRC教研字段来做扫尾工作。

         对于data类型的字packet，共有四种类型，DATA0 DATA1 DATA2 DATA3.其中DATA0 DATA1就可以用来实现data toggle同步

 

Parent字段: 对于root hub而言，它是和主机控制器绑定在一起的，他的parent指针在主机控制器的驱动程序中已经赋值为NULL，所以对于root hub不需要再有父指针了，这个父指针是给从root hub连出来的节点用的。USB设备是从root hub开始，一个一个往外连形成一棵树。

struct usb_device_descriptor descriptor：设备描述符

struct usb_device_descriptor {

         __u8  bLength;       //描述符的长度

         __u8  bDescriptorType; //USB_DT_DEVICE=0x01

         __le16 bcdUSB; //USBspce的版本号，如果可高速，则为0200H

         __u8  bDeviceClass; //类

         __u8  bDeviceSubClass; //子类

         __u8  bDeviceProtocol; //协议

         __u8  bMaxPacketSize0; //端点0一次可以处理的最大字节数

         __le16 idVendor; //厂商和产品ID

         __le16 idProduct; //

         __le16 bcdDevice; //设备的版本号

         __u8  iManufacturer; //厂商

         __u8  iProduct; //产品

         __u8  iSerialNumber; //序列号

         __u8  bNumConfigurations; //设备当前速度模式下支持的配置数量。

} __attribute__ ((packed));

Rawdescriptors：字符指针数组，数组里的每一项都指向一个使用GET_DESCRIPTOR请求去获得配置描述符时得到的结果。当使用GET_DESCRIPTOR去请求配置描述符时，设备返回的不仅有配置描述符，还把配置所包括的所有接口的接口描述符，以及接口里端点的端点描述符都给出了。

USB设备请求：所有的设备请求通过缺省的控制管道来响应主机的请求，既然使用的是控制管道，那这种传输方式即为控制传输，这些请求的底层packet属于setup类型，在setup包里包括了请求的各种参数。协议里同时也定义了一些标准的设备请求，并规定所有的设备必须响应它们，及时处于default或address状态。GET_DESCRIPTOR即属于标准请求。

Portnum：无论root hub还是一般hub，usb设备总要接入到hub的端口上才可以用，portnum即为这个端口号。只有root hub上行端口是没有的，因为它不插在任何Hub上，所以root hub的此域为0.

Level：层级，root hub为0级，其下面一层为level1，以此类推。

 

4、 配置

struct usb_host_config {

         struct usb_config_descriptor  desc;

         char *string;             /* iConfiguration string, if present */

         /* List of any Interface Association Descriptors in this configuration. */

         struct usb_interface_assoc_descriptor *intf_assoc[USB_MAXIADS];

         /* the interfaces associated with this configuration, stored in no particular order */

         struct usb_interface *interface[USB_MAXINTERFACES];

         /* Interface information available even when this is not the active configuration */

         struct usb_interface_cache *intf_cache[USB_MAXINTERFACES];

         unsigned char *extra;   /* Extra descriptors */

         int extralen;

};

 

配置描述符struct usb_config_descriptor desc：

四大描述符之一，配置描述符：

struct usb_config_descriptor {

         __u8  bLength; //描述符长度

         __u8  bDescriptorType; //描述符类型：USB_DT_CONFIG = 0x02, USB_DT_OTHER_SPEED_CONFIG = 0x07（高速设备操作在低速/全速时的配置信息）

         __le16 wTotalLength; // 使用GEP_DESCRIPTOR请求从设备里获得配置描述符信息时返回的数据长度，包括配置描述符，接口描述符和端点描述符等

         __u8  bNumInterfaces; // 这个配置包含的接口数目

         __u8  bConfigurationValue; //设置设备的配置

         __u8  iConfiguration; //描述配置信息的字符串描述符的索引值

         __u8  bmAttributes;//配置的一些特点

         __u8  bMaxPower;//从总线那里分的最大电流

} __attribute__ ((packed));

 

String:配置描述符iConfiguration字段对应的字符串描述信息。

interface：配置所包含的接口

intf_cache：usb接口的缓存