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

 static int __init usb_mouse_init(void)
{
int retval = usb_register(&usb_mouse_driver);
if (retval == )
info(DRIVER_VERSION ":" DRIVER_DESC);
return retval;
}

usb_mouse_driver结构体的原型:

 static struct usb_driver usb_mouse_driver = {
.name = "usbmouse",
.probe = usb_mouse_probe,
.disconnect = usb_mouse_disconnect,
.id_table = usb_mouse_id_table,
};

如果id_table相匹配,则调用probe函数。

(2)probe函数

 static int usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);//获取设备描述符
struct usb_host_interface *interface; //接口描述符
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;//端点描述符
struct usb_mouse *mouse;
struct input_dev *input_dev;
int pipe, maxp;
int error = -ENOMEM; interface = intf->cur_altsetting; //接口定义 if (interface->desc.bNumEndpoints != )
return -ENODEV; endpoint = &interface->endpoint[].desc; //端点定义
if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint))
return -ENODEV; pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //源
maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));//数据包的大小,即长度 mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL);
input_dev = input_allocate_device();//注册input_dev结构体
if (!mouse || !input_dev)
goto fail1; mouse->data = usb_buffer_alloc(dev, , GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma);//目的
if (!mouse->data)
goto fail1; mouse->irq = usb_alloc_urb(, GFP_KERNEL);//分配一个urb结构体
if (!mouse->irq)
goto fail2; mouse->usbdev = dev;
mouse->dev = input_dev; if (dev->manufacturer)
strlcpy(mouse->name, dev->manufacturer, sizeof(mouse->name)); if (dev->product) {
if (dev->manufacturer)
strlcat(mouse->name, " ", sizeof(mouse->name));
strlcat(mouse->name, dev->product, sizeof(mouse->name));
} if (!strlen(mouse->name))
snprintf(mouse->name, sizeof(mouse->name),
"USB HIDBP Mouse %04x:%04x",
le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct)); usb_make_path(dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys));
strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys));
/*设置input_dev结构体*/
input_dev->name = mouse->name;
input_dev->phys = mouse->phys;
usb_to_input_id(dev, &input_dev->id);
input_dev->dev.parent = &intf->dev;
  /*设置事件类型、事件明细*/
input_dev->evbit[] = BIT(EV_KEY) | BIT(EV_REL);
input_dev->keybit[LONG(BTN_MOUSE)] = BIT(BTN_LEFT) | BIT(BTN_RIGHT) | BIT(BTN_MIDDLE);
input_dev->relbit[] = BIT(REL_X) | BIT(REL_Y);
input_dev->keybit[LONG(BTN_MOUSE)] |= BIT(BTN_SIDE) | BIT(BTN_EXTRA);
input_dev->relbit[] |= BIT(REL_WHEEL); input_set_drvdata(input_dev, mouse); input_dev->open = usb_mouse_open;
input_dev->close = usb_mouse_close;
    /*设置urb结构体,并提交urb结构体*/
usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data,
(maxp > ? : maxp),
usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval);
mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;
mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
  /*注册input_dev结构体*/
error = input_register_device(mouse->dev);
if (error)
goto fail3; usb_set_intfdata(intf, mouse);
return ; fail3:
usb_free_urb(mouse->irq);
fail2:
usb_buffer_free(dev, , mouse->data, mouse->data_dma);
fail1:
input_free_device(input_dev);
kfree(mouse);
return error;
}

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

 #include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/usb/input.h>
#include <linux/hid.h> static struct input_dev *uk_dev;
static char *usb_buf;
static dma_addr_t usb_buf_phys;
static struct urb *uk_urb;
static int len; static void usbmouse_as_key_irq(struct urb *urb)
{
static unsigned char pre_val;
if((pre_val & (<<)) != (usb_buf[] & (<<)))
{
input_report_key(uk_dev,KEY_L,(usb_buf[] & (<<)) );
input_sync(uk_dev);
}
if((pre_val & (<<)) != (usb_buf[] & (<<)))
{
input_report_key(uk_dev,KEY_S,(usb_buf[] & (<<)) );
input_sync(uk_dev);
}
if((pre_val & (<<)) != (usb_buf[] & (<<)))
{
input_report_key(uk_dev,KEY_ENTER,(usb_buf[] & (<<)) );
input_sync(uk_dev);
}
pre_val = usb_buf[]; usb_submit_urb (uk_urb, GFP_KERNEL);
} static int usbmouse_as_key_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
struct usb_host_interface *interface;
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
int pipe;
interface = intf->cur_altsetting;
endpoint = &interface->endpoint[].desc; uk_dev = input_allocate_device(); set_bit(EV_KEY,uk_dev->evbit);
set_bit(EV_REP,uk_dev->evbit); set_bit(KEY_L,uk_dev->keybit);
set_bit(KEY_S,uk_dev->keybit);
set_bit(KEY_ENTER,uk_dev->keybit); input_register_device(uk_dev); pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
usb_buf = usb_buffer_alloc(dev,len, GFP_ATOMIC, &usb_buf_phys);
len = endpoint->wMaxPacketSize; uk_urb = usb_alloc_urb(, GFP_KERNEL);
usb_fill_int_urb(uk_urb, dev, pipe, usb_buf,len,usbmouse_as_key_irq, NULL, endpoint->bInterval);
uk_urb->transfer_dma = usb_buf_phys;
uk_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL); return ;
} static void usbmouse_as_key_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
usb_kill_urb(uk_urb);
usb_free_urb(uk_urb); usb_buffer_free(dev,len,usb_buf,usb_buf_phys); input_unregister_device(uk_dev);
input_free_device(uk_dev);
} static struct usb_device_id usbmouse_as_key_id_table [] = {
{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
{ } /* Terminating entry */
}; static struct usb_driver usbmouse_as_key_driver = {
.name = "usbmouse_as_key",
.probe = usbmouse_as_key_probe,
.disconnect = usbmouse_as_key_disconnect,
.id_table = usbmouse_as_key_id_table,
}; static int usbmouse_as_key_init(void)
{
usb_register(&usbmouse_as_key_driver);
return ;
} static void usbmouse_as_key_exit(void)
{
usb_deregister(&usbmouse_as_key_driver);
} module_init(usbmouse_as_key_init);
module_exit(usbmouse_as_key_exit); MODULE_LICENSE("GPL");

usbmouse_as_key.c

调试方法:cat /dev/tty1

---------------------------------------------------------------编辑于2017-01-13 00:25:38

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