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驱动07.USB驱动程序
1 了解USB识别的过程
eg：在Windows系统下的一个现象：把手机的USB设备接到PC
1. 右下角弹出"发现android phone"
2. 跳出一个对话框，提示你安装驱动程序
问1. 既然还没有"驱动程序"，为何能知道是"android phone"
答1. windows里已经有了USB的总线驱动程序，接入USB设备后，是"总线驱动程序"知道你是"android phone"
提示你安装的是"设备驱动程序"。
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。（协议）
比如：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xxx", 并且回答的语言必须是中文
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"给PC
问3. PC机上接有非常多的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总线上的每一个USB设备都有自己的编号(地址)
PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)
问4. USB设备刚接入PC时，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口内部，D-和D+接有15K的下拉电阻，未接USB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
2 USB的其他概念
2.1 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。
2.2 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
2.3 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
2.4 每一个端点都有传输类型，传输方向
2.5 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"
2.6 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
3 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)
小结：
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include\linux\usb\Ch9.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
4 实践并分析USB的识别过程
把手机设备插入USB到开发板，看输出结果。
输出结果：
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 Linux File-Stor Gadget 0310 PQ: 0 ANSI: 2
sd 0:0:0:0: [sda] 5586 2048-byte hardware sectors (11 MB)
sd 0:0:0:0: [sda] Write Protect is on
sd 0:0:0:0: [sda] Assuming drive cache: write through
sd 0:0:0:0: [sda] 5586 2048-byte hardware sectors (11 MB)
sd 0:0:0:0: [sda] Write Protect is on
sd 0:0:0:0: [sda] Assuming drive cache: write through
sda: unknown partition table
sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
拔掉后，串口输出的结果：
usb 1-1: USB disconnect, address 2
在内核目录下：grep "USB device using" * -nR查看调用过程
drivers/usb/core/hub.c:2186: "%s %s speed %sUSB device using %s and address %d\n",
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 2
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
5 分析可知USB设备的驱动框架
（1）分配usb_driver结构体
（2）设置usb_driver结构体
.id_table
.probe
.disconnect
（3）注册
6 写代码
参考usbmouse.c
------------------------------------------------------------编辑于2017-01-12 00:46:47
6.1 分析usbmouse.c
（1）usb_mouse_init函数：注册usb_mouse_driver结构体
1 static int __init usb_mouse_init(void) 2 { 3 int retval = usb_register(&usb_mouse_driver); 4 if (retval == 0) 5 info(DRIVER_VERSION ":" DRIVER_DESC); 6 return retval; 7 }
usb_mouse_driver结构体的原型：
1 static struct usb_driver usb_mouse_driver = { 2 .name = "usbmouse", 3 .probe = usb_mouse_probe, 4 .disconnect = usb_mouse_disconnect, 5 .id_table = usb_mouse_id_table, 6 };
如果id_table相匹配，则调用probe函数。
（2）probe函数
1 static int usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id) 2 { 3 struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);//获取设备描述符 4 struct usb_host_interface *interface; //接口描述符 5 struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;//端点描述符 6 struct usb_mouse *mouse; 7 struct input_dev *input_dev; 8 int pipe, maxp; 9 int error = -ENOMEM; 10 11 interface = intf->cur_altsetting; //接口定义 12 13 if (interface->desc.bNumEndpoints != 1) 14 return -ENODEV; 15 16 endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //端点定义 17 if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint)) 18 return -ENODEV; 19 20 pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //源 21 maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));//数据包的大小，即长度 22 23 mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL); 24 input_dev = input_allocate_device();//注册input_dev结构体 25 if (!mouse || !input_dev) 26 goto fail1; 27 28 mouse->data = http://www.mamicode.com/usb_buffer_alloc(dev, 8, GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma);//目的 29 if (!mouse->data) 30 goto fail1; 31 32 mouse->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);//分配一个urb结构体 33 if (!mouse->irq) 34 goto fail2; 35 36 mouse->usbdev = dev; 37 mouse->dev = input_dev; 38 39 if (dev->manufacturer) 40 strlcpy(mouse->name, dev->manufacturer, sizeof(mouse->name)); 41 42 if (dev->product) { 43 if (dev->manufacturer) 44 strlcat(mouse->name, " ", sizeof(mouse->name)); 45 strlcat(mouse->name, dev->product, sizeof(mouse->name)); 46 } 47 48 if (!strlen(mouse->name)) 49 snprintf(mouse->name, sizeof(mouse->name), 50 "USB HIDBP Mouse %04x:%04x", 51 le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor), 52 le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct)); 53 54 usb_make_path(dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys)); 55 strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys)); 56 /*设置input_dev结构体*/ 57 input_dev->name = mouse->name; 58 input_dev->phys = mouse->phys; 59 usb_to_input_id(dev, &input_dev->id); 60 input_dev->dev.parent = &intf->dev; 61 /*设置事件类型、事件明细*/ 62 input_dev->evbit[0] = BIT(EV_KEY) | BIT(EV_REL); 63 input_dev->keybit[LONG(BTN_MOUSE)] = BIT(BTN_LEFT) | BIT(BTN_RIGHT) | BIT(BTN_MIDDLE); 64 input_dev->relbit[0] = BIT(REL_X) | BIT(REL_Y); 65 input_dev->keybit[LONG(BTN_MOUSE)] |= BIT(BTN_SIDE) | BIT(BTN_EXTRA); 66 input_dev->relbit[0] |= BIT(REL_WHEEL); 67 68 input_set_drvdata(input_dev, mouse); 69 70 input_dev->open = usb_mouse_open; 71 input_dev->close = usb_mouse_close; 72 /*设置urb结构体，并提交urb结构体*/ 73 usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data, 74 (maxp > 8 ? 8 : maxp), 75 usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval); 76 mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma; 77 mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; 78 /*注册input_dev结构体*/ 79 error = input_register_device(mouse->dev); 80 if (error) 81 goto fail3; 82 83 usb_set_intfdata(intf, mouse); 84 return 0; 85 86 fail3: 87 usb_free_urb(mouse->irq); 88 fail2: 89 usb_buffer_free(dev, 8, mouse->data, mouse->data_dma); 90 fail1: 91 input_free_device(input_dev); 92 kfree(mouse); 93 return error; 94 }
6.2 写代码
写一个USB鼠标作为按键，左键为"l",右键为"s",滚轮为"ENTER",命名为usbmouse_as_key.c
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 input_dev *uk_dev; 9 static char *usb_buf; 10 static dma_addr_t usb_buf_phys; 11 static struct urb *uk_urb; 12 static int len; 13 14 static void usbmouse_as_key_irq(struct urb *urb) 15 { 16 static unsigned char pre_val; 17 if((pre_val & (1<<0)) != (usb_buf[0] & (1<<0))) 18 { 19 input_report_key(uk_dev,KEY_L,(usb_buf[0] & (1<<0)) ); 20 input_sync(uk_dev); 21 } 22 if((pre_val & (1<<1)) != (usb_buf[0] & (1<<1))) 23 { 24 input_report_key(uk_dev,KEY_S,(usb_buf[0] & (1<<1)) ); 25 input_sync(uk_dev); 26 } 27 if((pre_val & (1<<2)) != (usb_buf[0] & (1<<2))) 28 { 29 input_report_key(uk_dev,KEY_ENTER,(usb_buf[0] & (1<<2)) ); 30 input_sync(uk_dev); 31 } 32 pre_val = usb_buf[0]; 33 34 usb_submit_urb (uk_urb, GFP_KERNEL); 35 } 36 37 static int usbmouse_as_key_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id) 38 { 39 struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); 40 struct usb_host_interface *interface; 41 struct usb_endpoint_descriptor *endpoint; 42 int pipe; 43 interface = intf->cur_altsetting; 44 endpoint = &interface->endpoint[0].desc; 45 46 uk_dev = input_allocate_device(); 47 48 49 set_bit(EV_KEY,uk_dev->evbit); 50 set_bit(EV_REP,uk_dev->evbit); 51 52 set_bit(KEY_L,uk_dev->keybit); 53 set_bit(KEY_S,uk_dev->keybit); 54 set_bit(KEY_ENTER,uk_dev->keybit); 55 56 input_register_device(uk_dev); 57 58 pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); 59 usb_buf = usb_buffer_alloc(dev,len, GFP_ATOMIC, &usb_buf_phys); 60 len = endpoint->wMaxPacketSize; 61 62 uk_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); 63 usb_fill_int_urb(uk_urb, dev, pipe, usb_buf,len,usbmouse_as_key_irq, NULL, endpoint->bInterval); 64 uk_urb->transfer_dma = usb_buf_phys; 65 uk_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; 66 usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL); 67 68 return 0; 69 } 70 71 static void usbmouse_as_key_disconnect(struct usb_interface *intf) 72 { 73 struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); 74 usb_kill_urb(uk_urb); 75 usb_free_urb(uk_urb); 76 77 usb_buffer_free(dev,len,usb_buf,usb_buf_phys); 78 79 input_unregister_device(uk_dev); 80 input_free_device(uk_dev); 81 } 82 83 84 static struct usb_device_id usbmouse_as_key_id_table [] = { 85 { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT, 86 USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) }, 87 { } /* Terminating entry */ 88 }; 89 90 91 static struct usb_driver usbmouse_as_key_driver = { 92 .name = "usbmouse_as_key", 93 .probe = usbmouse_as_key_probe, 94 .disconnect = usbmouse_as_key_disconnect, 95 .id_table = usbmouse_as_key_id_table, 96 }; 97 98 static int usbmouse_as_key_init(void) 99 { 100 usb_register(&usbmouse_as_key_driver); 101 return 0; 102 } 103 104 static void usbmouse_as_key_exit(void) 105 { 106 usb_deregister(&usbmouse_as_key_driver); 107 } 108 109 module_init(usbmouse_as_key_init); 110 module_exit(usbmouse_as_key_exit); 111 112 MODULE_LICENSE("GPL");
调试方法：cat /dev/tty1
---------------------------------------------------------------编辑于2017-01-13 00:25:38
驱动07.USB驱动程序