USB设备驱动

Windows：把USB设备（U盘）连接到PC，会自动装一些驱动程序。

问1：为何能知道是什么设备？

答1：Windows里边已经有了USB的总线驱动程序，接入USB设备后，是

　　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。

　　　　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：“我是什么”。

　　　　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“描述符”返回PC  

问3：PC机上皆有非常多的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总线上的没一个USB设备都有自己的编号

　　  PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号。

问4：USB设备刚接入PC是，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内部，D-、D+接有15k的下拉电阻，未接设备时为低电平。

　　 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驱动程序框架:

app:   
-------------------------------------------
          USB设备驱动程序      // 知道数据含义
内核 --------------------------------------
          USB总线驱动程序      // 1. 识别, 2. 找到匹配的设备驱动, 3. 提供USB读写函数 (它不知道数据含义)
-------------------------------------------
           USB主机控制器
           UHCI OHCI EHCI
硬件        -----------
              USB设备

UHCI: intel,     低速(1.5Mbps)/全速(12Mbps)
OHCI: microsoft  低速/全速
EHCI:            高速(480Mbps)

　　

USB总线驱动程序的作用
1. 识别USB设备
1.1 分配地址
1.2 并告诉USB设备(set address)
1.3 发出命令获取描述符
描述符的信息可以在includelinuxusbCh9.h看到


2. 查找并安装对应的设备驱动程序

3. 提供USB读写函数

把USB设备接到开发板上，看输出信息:
usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 2
usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice
scsi0 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices
scsi 0:0:0:0: Direct-Access HTC Android Phone 0100 PQ: 0 ANSI: 2
sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
拔掉
usb 1-1: USB disconnect, address 2

再接上:
usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 3
usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice
scsi1 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices
scsi 1:0:0:0: Direct-Access HTC Android Phone 0100 PQ: 0 ANSI: 2
sd 1:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk


在内核目录下搜:
grep "USB device using" * -nR

drivers/usb/core/hub.c:2186:              "%s %s speed %sUSB device using %s and address %d
",

 

每一个硬件都有一个设备描述

/* USB_DT_DEVICE: Device descriptor */
struct usb_device_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __le16 bcdUSB;
    __u8  bDeviceClass;
    __u8  bDeviceSubClass;
    __u8  bDeviceProtocol;
    __u8  bMaxPacketSize0;
    __le16 idVendor;
    __le16 idProduct;
    __le16 bcdDevice;
    __u8  iManufacturer;
    __u8  iProduct;
    __u8  iSerialNumber;
    __u8  bNumConfigurations;　　//配置的个数
}
struct usb_config_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __le16 wTotalLength;
    __u8  bNumInterfaces;　　　　//接口个数
    __u8  bConfigurationValue;
    __u8  iConfiguration;
    __u8  bmAttributes;
    __u8  bMaxPower;
}
/* USB_DT_INTERFACE: Interface descriptor */
struct usb_interface_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __u8  bInterfaceNumber;
    __u8  bAlternateSetting;
    __u8  bNumEndpoints;
    __u8  bInterfaceClass;
    __u8  bInterfaceSubClass;
    __u8  bInterfaceProtocol;
    __u8  iInterface;
}
/* USB_DT_ENDPOINT: Endpoint descriptor */
struct usb_endpoint_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __u8  bEndpointAddress;
    __u8  bmAttributes;　　//属性  ，是输入还是输出，是实时端点还是别的？
    __le16 wMaxPacketSize;
    __u8  bInterval;

    /* NOTE:  these two are _only_ in audio endpoints. */
    /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */
    __u8  bRefresh;
    __u8  bSynchAddress;
}

 分析：

hub_irq
	kick_khubd
		hub_thread
			hub_events
				hub_port_connect_change
				　　udev = usb_alloc_dev(hdev, hdev->bus, port1);
								dev->dev.bus = &usb_bus_type;
					choose_address(udev); // 给新设备分配编号(地址)					
					hub_port_init   // usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 3
						hub_set_address  // 把编号(地址)告诉USB设备
						
						usb_get_device_descriptor(udev, 8); // 获取设备描述符
						retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);
						
						usb_new_device(udev)   
							err = usb_get_configuration(udev); // 把所有的描述符都读出来，并解析
							usb_parse_configuration
							
							device_add  // 把device放入usb_bus_type的dev链表, 
							            // 从usb_bus_type的driver链表里取出usb_driver，
							            // 把usb_interface和usb_driver的id_table比较
							            // 如果能匹配，调用usb_driver的probe

　　推荐书籍：《LINUX内核源代码情景分析》


怎么写USB设备驱动程序？
1. 分配/设置usb_driver结构体
　　　　　.id_table
　　　　　.probe
　　　　　.disconnect
2. 注册

简单程序：

 1 #include <linux/kernel.h>
 2 #include <linux/slab.h>
 3 #include <linux/module.h>
 4 #include <linux/init.h>
 5 #include <linux/usb/input.h>
 6 #include <linux/hid.h>
 7 
 8 static struct usb_device_id usbmouse_as_key_id_table [] = {
 9     { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
10         USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
11     //{USB_DEVICE(0x1234,0x5678)},
12     { }    /* Terminating entry */
13 };
14 
15 
16 static int usbmouse_as_key_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
17 {
18     printk("found usbmouse!
");
19     return 0;
20 }
21 
22 static void usbmouse_as_key_disconnect(struct usb_interface *intf)
23 {
24     printk("disconnect usbmouse!
");
25 }
26 
27 /* 1. 分配/设置usb_driver */
28 static struct usb_driver usbmouse_as_key_driver = {
29     .name        = "usbmouse_as_key_",
30     .probe        = usbmouse_as_key_probe,
31     .disconnect    = usbmouse_as_key_disconnect,
32     .id_table    = usbmouse_as_key_id_table,
33 };
34 
35 
36 static int usbmouse_as_key_init(void)
37 {
38     /* 2. 注册 */
39     usb_register(&usbmouse_as_key_driver);
40     return 0;
41 }
42 
43 static void usbmouse_as_key_exit(void)
44 {
45     usb_deregister(&usbmouse_as_key_driver);    
46 }
47 
48 module_init(usbmouse_as_key_init);
49 module_exit(usbmouse_as_key_exit);
50 
51 MODULE_LICENSE("GPL");
usbmouse.c

测试:
1. make menuconfig去掉原来的USB鼠标驱动
-> Device Drivers
-> HID Devices
<> USB Human Interface Device (full HID) support

2. make uImage 并使用新的内核启动

3. insmod usbmouse_as_key.ko
4. 在开发板上接入、拔出USB鼠标就可以看到效果。

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原文地址：https://www.cnblogs.com/jason-linux/p/10314090.html