Linux那些事儿 之 戏说USB(19)设备的生命线(二)

现在设备的struct usb_device结构体已经准备好了，只是还不怎么饱满，hub接下来就会给它做做整容手术，往里边儿塞点什么，充实一些内容，比如：将设备的状态设置为Powered，也就是加电状态；因为此时还不知道设备支持的速度，于是将设备的speed成员暂时先设置为USB_SPEED_UNKNOWN；设备的级别level当然会被设置为hub的level加上1了；还有为设备能够从hub那里获得的电流赋值；为了保证通信畅通，hub还会为设备在总上选择一个独一无二的地址。

给张表吧，集中列了下到目前为止，设备结构体里成员的状况。里面的taken只是表示赋过值了，好像期末考试前你去突击自习，这时一个ppmm走到你旁边，用一个美妙的声音问你“Is this seat taken?”，你怎么回答？当然是“No, No, please.”对头，taken就是这个意思。

devnum

taken

devpath[16]

taken

state

USB_STATE_POWERED

speed

USB_SPEED_UNKNOWN

parent

设备连接的那个hub

bus

设备连接的那条总线

ep0

ep0.urb_list，描述符长度/类型

dev

dev.bus，dev.type，dev.dma_mask,，dev.parent，dev.bus_id

ep_in[16]

ep_in[0]

ep_out[16]

ep_out[0]

bus_mA

hub->mA_per_port

portnum

设备连接在hub上的那个端口

level

hdev->level + 1

filelist

taken

pm_mutex

taken

autosuspend

taken

autosuspend_delay

2 * HZ

你的设备现在已经处在了Powered状态。前面讲过的，设备要想从Powered状态发展到下一个状态Default，必须收到一个复位信号并成功复位。那hub接下来的动作就很明显了，复位设备，复位成功后，设备就会进入Default状态。
设备复位顺利的话也就那么几十毫秒的功夫，不顺利的话，它会多尝试几次。不过如果试了几次都复位不成，那就不用试了，这条设备的生命线就算提前玩完儿了。
现在就算设备成功复位了，大步迈进了Default状态，同时，hub也会获得设备真正的速度，低速、全速也好，高速也罢，总算是浮出水面了，speed也终于知道了自己的真正身份，不用再是UNKNOWN了。那根据这个速度，咱们能知道些什么？起码能够知道端点0一次能够处理的最大数据长度啊，协议里说，对于高速设备，这个值为为64字节，对于低速设备为8字节，而对于全速设备可能为8，16，32，64其中的一个。所以hub还要通过一个蜿蜒曲折的过程去获得这个确定的值。
hub也辛苦的蛮久了，设备也该进入Address状态了。
只要hub使用core里定义的一个函数usb_control_msg，发送SET_ADDRESS请求给设备，设备就兴高采烈的迈进Address了。那么设备的这个address是什么，就是上面的devnum啊。
那现在咱就来说说这个usb_control_msg函数，它在drivers/usb/core/message.c里定义

int usb_control_msg(struct usb_device *dev, unsigned int pipe, __u8 request,    __u8 requesttype, __u16 value, __u16 index, void *data,    __u16 size, int timeout){struct usb_ctrlrequest *dr;int ret;dr = kmalloc(sizeof(struct usb_ctrlrequest), GFP_NOIO);if (!dr)return -ENOMEM;dr->bRequestType = requesttype;dr->bRequest = request;dr->wValue = cpu_to_le16(value);dr->wIndex = cpu_to_le16(index);dr->wLength = cpu_to_le16(size);ret = usb_internal_control_msg(dev, pipe, dr, data, size, timeout);kfree(dr);return ret;}

这个函数主要目的是创建一个控制urb，并把它发送给usb设备，然后等待它完成。urb是什么？忘了么，前面提到过的，你要想和你的usb通信，就得创建一个urb，并且为它赋好值，交给usb core，它会找到合适的host controller，从而进行具体的数据传输。
8行，为一个struct usb_ctrlrequest结构体申请了内存。它在include/uapi/linux/usb/ch9.h文件里定义

struct usb_ctrlrequest {__u8 bRequestType;__u8 bRequest;__le16 wValue;__le16 wIndex;__le16 wLength;} __attribute__ ((packed));

这个结构完全对应于spec里的Table 9-2，描述了主机通过控制传输发送给设备的请求（Device Requests）。主机向设备请求些信息必须得按照协议里规定好的格式，不然设备就会不明白主机是嘛意思。
这个结构描述的request都在Setup包里发送，Setup包是前面某处说到的Token PID类型中的一种，为了你好理解，这里细说一下控制传输底层的packet情况。控制传输最少要有两个阶段的transaction，SETUP和STATUS，SETUP和STATUS中间的那个DATA阶段是可有可无的。Transaction这个词儿在很多地方都有，在这里你称它为事务也好，会话也罢，我还是直呼它的原名transaction，可以理解为主机和设备之间形成的一次完整的交流，比如2004中华小姐环球大赛总决赛上评委蔡澜和陕西选手姚佳雯之间的对话：
要老公还是要钱？要钱。
这就可以算是一次transaction，usb的transaction要比上面的对话复杂，起码要过过脑子，它可以包括一个Token包、一个Data包和一个Handshake包。
Token、Data和Handshake都属于四种PID类型中的，前面说到时提到的一个包里的那些部分，如SYNC、PID、地址域、DATA、CRC，并不是所有PID类型的包都会全部包括的。Token包只包括SYNC、PID、地址域、CRC，并没有DATA字段，它的名字起的很形象，就是用来标记所在transaction里接下来动作的，对于Out和Setup Token包，里面的地址域指明了接下来要接收Data包的端点，对于In Token包，地址域指明了接下来哪个端点要发送Data包。还有，只有主机才有权利发送Token包，协议里就这么规定的。
与Token包相比，Data包里没了地址域，多了Data字段，这个Data字段对于低速设备最大为8字节，对于全速设备最大为1023字节，对于高速设备最大为1024字节。里里外外看过去，它就是躲在Token后边儿用来传输数据的。Handshake包的成分就非常的简单了，简直和那位姚佳雯的回答一样简单，除了SYNC，它就只包含了一个PID，通过PID取不同的值来报告一个transaction的状态，比如数据已经成功接收了等。
控制传输的SETUP transaction一般来说也有三个阶段，就是主机向设备发送Setup Token包、然后发送Data0包，如果一切顺利，设备回应ACK Handshake包表示OK，为什么加上一般？如果中间的那个Data0包由于某种不可知因素被损坏了，设备就什么都不会回应，这时就成俩阶段了。SETUP transaction之后，接下来如果控制传输有DATA transaction的话，那就Data0、Data1这样交叉的发送数据包，前面说过这是为了实现data toggle。最后是STATUS transaction，向主机汇报前面SETUP和DATA阶段的结果，比如表示主机下达的命令已经完成了，或者主机下达的命令没有完成，或者设备正忙着那没功夫去理会主机的那些命令。
这样经过SETUP、DATA、STATUS这三个transaction阶段，一个完整的控制传输完成了。主机接下来可以规划下一次的控制传输。
现在对隐藏在控制传输背后的是是非非摸了个底儿，群众的眼睛是雪亮的，咱们现在应该可以看出之前说requests都在Setup包里发送是有问题的，因为Setup包本身并没有数据字段，严格来说它们应该都是在SETUP transaction阶段里Setup包后的Data0包里发送的。

bRequestType，它的bit7就表示了控制传输中DATA transaction阶段的方向，当然，如果有DATA阶段的话。bit5~6表示request的类型，是标准的，class-specific的还是vendor-specific的。bit0~4表示了这个请求针对的是设备，接口，还是端点。内核为它们专门量身定做了一批掩码，也在ch9.h文件里，

/* * USB directions * * This bit flag is used in endpoint descriptors' bEndpointAddress field. * It's also one of three fields in control requests bRequestType. */#define USB_DIR_OUT0/* to device */#define USB_DIR_IN0x80/* to host *//* * USB types, the second of three bRequestType fields */#define USB_TYPE_MASK(0x03 << 5)#define USB_TYPE_STANDARD(0x00 << 5)#define USB_TYPE_CLASS(0x01 << 5)#define USB_TYPE_VENDOR(0x02 << 5)#define USB_TYPE_RESERVED(0x03 << 5)/* * USB recipients, the third of three bRequestType fields */#define USB_RECIP_MASK0x1f#define USB_RECIP_DEVICE0x00#define USB_RECIP_INTERFACE0x01#define USB_RECIP_ENDPOINT0x02#define USB_RECIP_OTHER0x03/* From Wireless USB 1.0 */#define USB_RECIP_PORT0x04#define USB_RECIP_RPIPE0x05

bRequest，表示具体是哪个request。
wValue，这个字段是request的参数，request不同，wValue就不同。
wIndex，也是request的参数，bRequestType指明request针对的是设备上的某个接口或端点的时候，wIndex就用来指明是哪个接口或端点。
wLength，控制传输中DATA transaction阶段的长度，方向已经在bRequestType那儿指明了。如果这个值为0，就表示没有DATA transaction阶段，bRequestType的方向位也就无效了。
和 struct usb_ctrlrequest 的约会暂时就到这里，回到usb_control_msg函数里。很明显要进行控制传输，得首先创建一个struct usb_ctrlrequest结构体，填上请求的内容。12到16行就是来使用传递过来的参数初始化这个结构体的。对于刚开始提到的SET_ADDRESS来说，bRequest的值就是USB_REQ_SET_ADDRESS，标准请求之一，ch9.h里定义有。因为SET_ADDRESS请求并不需要DATA阶段，所以wLength为0，而且这个请求是针对设备的，所以wIndex也为0。这么一来，bRequestType的值也只能为0了。因为是设置设备地址的，总得把要设置的地址发给设备，不然设备会比咱们还一头雾水不知道主机是嘛个意思，所以请求的参数wValue就是之前hub已经你的设备指定好的devnum。其实SET_ADDRESS请求各个部分的值spec 9.4.6里都有规定，就和我这里说的一样，不信你去看看。
接下来先看20行，走到这儿就表示成也好败也好，总之这次通信已经完成了，那么struct usb_ctrlrequest结构体也就没用了，没用的东西要好不犹豫的精简掉。
回头看18行，这是引领咱们往深处走了，不过不怕，路有多远，咱们看下去的决心就有多远。