Linux源码阅读笔记-USB驱动分析

基础层次详解

通用串行总线（USB）主要用于连接主机和外部设备（协调主机和设备之间的通讯），USB 设备不能主动向主机发送数据。USB 总线采用拓扑（树形），主机侧和设备侧的 USB 控制器（Host 和 UDC），每个总线只要一个主机控制器。

主机侧的 USB 节点为根节点，所有子节点都连接在根节点集线器（Root hub）上，根节点有 USB 主机控制器（USB Host Controller）控制。

USB 只要设备包括：设备、配置、接口及端点四个层次，具体视图如下：

基础知识

1. USB 采用树形拓扑结构，主机侧和设备侧的 USB 控制器（Host 和 UDC），每个总线只要一个主机控制器。
2. 在主机侧层次结构中，要实现的 USB 驱动包括两种：USB 主机控制器驱动（控制插入其中的 USB 设备）和 USB 设备驱动（控制 USB 设备如何跟主机通讯）
3. Linux 内核中的 USB 核心负责 USB 驱动管理和协议处理操作。主机控制器驱动和设备驱动之间的 USB 核心非常重要，向上为设备驱动提供 API 编程接口，向下为 USB 主机控制器驱动提供 API 编程接口。
   
   USB 主机控制器接口如下：
   • OHCI：微软主导的低速 USB1.0(1.5Mbps) 和全速 USB1.1(12Mbps)；
   • EHCI：Intel 主导的低速 USB1.0(1.5Mbps) 和全速 USB1.1(12Mbps)；
   • UHCI：高速 USB2.0(480Mbps)；
   • xHCI：USB3.0(5.0Gbps)。
4. USB 的四种传输类型：
   1. 中断传输（USB 键盘）
   2. 实时传输（USB 摄像头）
   3. 批量传输（U 盘）
   4. 控制传输
5. 一个 USB 端点只能在一个方向上承载数据，从主机到设备（输出端点）或者从设备到主机（输入端点），端点为单向管道；设备通常会有一个或多个配置；配置通常会有一个或多个接口；接口通常会有一个或多个设备；几口有 0 个或多个端口。

USB 驱动常用的数据结构

1. USB 设备驱动结构体类型：struct usb_driver，Linux 内核具体核心成员如下：
   

2. 支持不同类型 USB 设备列表，Linux 内核具体核心成员如下：
   

3. 通过 struct usb_endpoint_descriptor 结构体描述端点，源码如下：
   

4. 通过 struct usb_host_endpoint 来表示主机侧的端点，具体源码如下：
   

5. Linux 内核用 struct usb_interface_descriptor 结构来来表示接口，具体源码如下：
   
   描述主机侧的接口结构体类型，源码如下：
   

6. Linux 内核中的 USB 配置结构体类型为：struct usb_config_descriptor，源码如下：
   
   主机侧的配置结构体类型为：usb_host_config 源码如下：
   

7. Linux 内核中，USB 的设备结构体类型为 struct usb_device_dscriptor 源码如下：
   

8. USB 是一种总线，而连接到总线上 USB 设备可以是块设备、字符设备、输入设备等。usb_driver 结构体类型源码如下：
   
   
   
   

9. Linux 内核使用 struct usb_device 结构体类型标识一个 USB 设备。当 USB 控制器检测到 USB 硬件设备连接过来，则分配一个 usb_device 结构体，接着注册到总线设备列表中，然后进行匹配对应的驱动就可以了。
   

10. USB 设备主机控制器驱动对应的结构体 usb_hcd 类型分析，具体如下：
    
    通过 struct usb_create_hcd 函数创建主控制器，使用注册/注销主机控制器对应 API 操作如下：
    

11. USB 请求 URB（SUB Request Block）分为两个部分：私有（SUB 核心层和主机控制器），公有（被 USB 设备支持程序所使用）。具体源码如下：
    
    
    
    URB 结构体分配和初始化成功之后，就可以使用 usb_submit_urb() 请求异步提交到 USB 核心层。返回 0 成功，否则失败。