USB驱动程序分析

1.对于每个PC来说，都有一个或者多个称为主机(host)控制器的设备,该主机控制器和一个根集线器(Hub)作为一个整体。

2.每个Host控制器其实就是一个PCI设备，挂载在PCI总线上。驱动开发人员应该给Host控制器提供驱动程序，用usb_hcd结构体表示。

3.USB Host控制器都会自带一个集线器，称为根集线器，其又可接子集线器。

4.USB设备是插在USB总线上工作的设备，广义上讲Hub也算是USB设备。

5.USB驱动有USB主机控制器驱动和USB设备驱动组成，前者驱动芯片上的主机控制器，后者驱动具体的USB设备。

6.通常计算机的CPU不是直接和USB设备通信，而是和主机控制器通信。CPU先发送指令给主机控制器，后者指挥USB设备完成相应的任务。

7.USB主机控制器驱动用hc_driver表示，其在/drivers/usb/core/hcd.h中定义。

8.USB核心层(USB core)负责对USB设备的整体控制，包括实现USB主机控制器到USB设备之间的数据通信。

9.USB设备驱动用usb_device 表示，主要用来将USB设备挂接到USB核心中，并启动USB设备。对设备的具体读写操作放在usb_driver中的usb_class_drivers成员来实现，该成员定义了一个file_operations结构体，用来对设备进行读写操作。

10.USB设备和USB驱动之间进行通信需要USB设备固件和USB协议二者。固件指的是“固化的软件”，固化在集成电路内部的程序，负责控制和协调集成电路，并且在设备和总线之间收发数据。驱动则有二个（已提及）。

11.大部分驱动程序都在drivers目录下，USB目录包含了所有USB设备的驱动。在USB目录下有一个重要的storage目录，存放了USB设备驱动的代码。

12.Linux内核源码中几乎每个目录下都有一个Makefile文件和Kconfig文件。Makefile定义哪些文件需要编译，哪些不需要编译；Kconfig文件用来组织需要编译入内核的模块和功能，其给用户提供一个选择配置内核的机会。

13.Linux设备驱动模型中概念：总线(bus)、设备(device)、驱动(driver)。这三个数据结构在Linux内核源码中分别对应struct bus_type,struct device,struct device_driver.

14.Linux系统中总线的概念和时间物理主机中总线概念不同。实际物理总线入数据总线和地址总线等。Linux中总线是与物理总线相对应的数据结构。如USB总线、SCSI总线、PCI总线，分别对应usb_bus_type,scsi_bus_type,pci_bus_type变量，他们的类型都是bus_type

15.Linux将USB总线和两个链表联系起来，一个是drivers_kset,另一个是devices_kset.前者表示连接到该总线上的所有驱动程序，后者表示连接到总线上的所有设备。当有新设备添加入系统时，系统为设备分配一个struct device数据结构，并将其挂接到devices_kset链表中。而每当驱动注册时会将自己在总线上注册，并连接到总线的驱动链表中。这时驱动会遍历总线的设备链表，寻找自己合适的设备。

16.USB设备驱动使用usb_driver结构体表示。这个结构体成员：name字段是指向驱动程序名字的指针。probe函数指向USB驱动程序的探测函数。当有USB设备插入时，USB核心层会调用该函数进行设备的初始化工作。disconnect函数指向USB驱动的断开函数，当驱动程序从内核中卸载时，会调用它做一些卸载工作。ioctl函数用来对设备进行控制的函数。id_table表包含了驱动支持的设备列表。

17.如何知道驱动支持哪些设备呢？通过usb_driver结构体中的id_table成员完成这个功能。它描述了所有支持的USB设备列表，它指向一个usb_device_id数组。usb_device_id结构体包含了USB设备的相关信息。

18.定义完usb_driver结构体变量后调用usb_register函数向USB核心层注册USB设备驱动，它将USB驱动挂接到USB总线上，并开始遍历USB总线上的所有设备。

19.通过调用usb_deregister函数对设备驱动进行注销。

20.usb_driver结构体中的probe函数原型：int (*probe) (struct usb_interface *intf,const struct usb_device_id *id);第一个参数usb_interface是驱动中最重要的一个结构体，代表设备的一种功能，在USB驱动中只有一个。

21.USB协议规定，USB设备的逻辑结构包含设备、配置、接口、端点。每一项只是软件上划分而已，分别用usb_device,usb_host_config,usb_interface,usb_host_endpoint表示。一个USB设备（包括复合设备）用usb_device结构体表示，而且只有一个。一个配置是一组不同功能的组合，多个配置之间相互切换。接口代表一个基本的功能。USB核心层在设备插入时会读取USB设备接口的信息，并创建一个usb_interface的结构体，接着核心层在总线上找到合适的驱动后，调用probe函数并传入。

22.端点(usb_host_endpoint)。主机只能通过端点和USB设备通信，只能单向传输。U盘有输出端点、输入端点和控制端点。控制端点为端点0，控制初始化工作，必不可少。usb_host_endpoint结构体定义中的成员：struct usb_endpoint_descriptor desc;//端点描述符，必不可少 struct list_head urb_list;//端点要处理的urb队列，urb(USB request block)包含了传输的所有信息

23.usb_endpoint_descriptor为端点描述符。

24.端点的四种通信方式：控制传输、中断传输、批量传输、等时传输。

端点定义为：

struct usb_endpoint_descriptor
{
__u8 bLength;//表示端点描述符的长度，以字节为单位
__u8 bDescriptorType;//表示描述符的类型，这里就是USB_DT_ENDPOINT,0x05
__u8 bEndpointAddress;//0-3位表示端点号，最高位表示端点的方向，可与USB_ENDPOINT_DIR_MASK(0x80)相与得到，常用到宏USB_DIR_OUT(0),USB_DIR_IN(0x80)
__u8 bmAttributes;//表示一种属性
__le16 wMaxPacketSize;//端点一次可处理的最大字节数，如果发送大于它的字节数，则分多次传输
__u8 bInterval;//端点数据传输 的时间间隔
__u8 bRefresh;
__u8 bSynchAddress;
} __attribute__ ((packed));//__attribute__ ((packed))是一个编译选项，告诉编译器，这个结构的元素都是一字节对齐的，不需要填充位。

25.接口描述符：

struct usb_interface_descriptor {
 __u8  bLength;

//描述符的字节长度。协议里规定，每个描述符必须以一个字节打头来表明描述符的长度。接口描述符的bLength应该是9

 __u8  bDescriptorType;

//描述符的类型。各种描述符的类型都在ch9.h， * Descriptor types ... USB 2.0 spec table 9.5

 

 __u8  bInterfaceNumber;

//接口号。每个配置可以包含多个接口，这个值就是它们的索引值

 __u8  bAlternateSetting; 

 __u8  bNumEndpoints;

//接口拥有的端点数量。这里并不包括端点0

 __u8  bInterfaceClass;  

//此Interface所属Class。例如：HID=0x03

 __u8  bInterfaceSubClass;

//此值基于bInterfaceClass之上。表明在某个Interface class中的子class。例如：HID中有：USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT

 __u8  bInterfaceProtocol;

//同上，HID中就有USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE

 __u8  iInterface; //字符串描述符，放一些描述性厂商信息。

} __attribute__ ((packed));  //__attribute__，意思就是告诉编译器，这个结构的元素都是1字节对齐的，不要再添加填充位了。

26.urb传输过程

驱动程序要进行数据传输时，需要分配并初始化一个urb结构体，将其提交给usb核心层。USB核心层对urb进行解析，将控制信息提交给主机控制器，由主机控制器负责数据到设备的传输，当数据回传到主机控制器后，会转发给USB核心，唤醒等待的驱动程序，由驱动程序完成剩下的工作。

分配urb函数usb_alloc_urb()

销毁urb函数usb_free_urb()

提交urb函数usb_submit_urb()