linux设备驱动子系统终极弹usb,Linuxusb子系统（二）：USB设备驱动usbskeleton.c

usb驱动分为通过usbfs操作设备的用户空间驱动&＃xff0c;内核空间的内核驱动。两者不能同时进行&＃xff0c;否则容易引发对共享资源访问的问题&＃xff0c;死锁&＃xff01;使用了内核驱动&＃xff0c;就不能在usbfs里驱动该设备。

下面转载的一篇分析usb-skeleton.c文章。

初次接触与OS相关的设备驱动编写&＃xff0c;感觉还挺有意思的&＃xff0c;为了不至于忘掉看过的东西&＃xff0c;笔记跟总结当然不可缺&＃xff0c;更何况我决定为嵌入式卖命了。好&＃xff0c;言归正传&＃xff0c;我说一说这段时间的收获&＃xff0c;跟大家分享一下Linux的驱动开发。但这次只先针对Linux的USB子系统作分析&＃xff0c;因为周五研讨老板催货。当然&＃xff0c;还会顺带提一下其他的驱动程序写法。

事实上&＃xff0c;Linux的设备驱动都遵循一个惯例--表征驱动程序(用driver更贴切一些&＃xff0c;应该称为驱动器比较好吧)的结构体&＃xff0c;结构体里面应该包含了驱动程序所需要的所有资源。用术语来说&＃xff0c;就是这个驱动器对象所拥有的属性及成员。由于Linux的内核用c来编写&＃xff0c;所以我们也按照这种结构化的思想来分析代码&＃xff0c;但我还是希望从OO的角度来阐述这些细节。这个结构体的名字有驱动开发人员决定&＃xff0c;比如说&＃xff0c;鼠标可能有一个叫做mouse_dev的struct&＃xff0c;键盘可能由一个keyboard_dev的struct(dev for device&＃xff0c;我们做的只是设备驱动)。而这次我们来分析一下Linux内核源码中的一个usb-skeleton(就是usb驱动的骨架咯)&＃xff0c;自然&＃xff0c;他定义的设备结构体就叫做usb-skel&＃xff1a;

/*Structure to hold all of our device specific stuff*/

structusb_skel {struct usb_device *udev; /*the usb device for this device*/

struct usb_interface *interface; /*the interface for this device*/

struct semaphore limit_sem; /*limiting the number of writes in progress*/

struct usb_anchor submitted; /*in case we need to retract our submissions*/

struct urb *bulk_in_urb; /*the urb to read data with*/unsignedchar *bulk_in_buffer; /*the buffer to receive data*/size_t bulk_in_size;/*the size of the receive buffer*/size_t bulk_in_filled;/*number of bytes in the buffer*/size_t bulk_in_copied;/*already copied to user space*/__u8 bulk_in_endpointAddr;/*the address of the bulk in endpoint*/__u8 bulk_out_endpointAddr;/*the address of the bulk out endpoint*/

int errors; /*the last request tanked*/

int open_count; /*count the number of openers*/

bool ongoing_read; /*a read is going on*/

bool processed_urb; /*indicates we haven&＃39;t processed the urb*/spinlock_t err_lock;/*lock for errors*/

structkref kref;struct mutex io_mutex; /*synchronize I/O with disconnect*/

struct completion bulk_in_completion; /*to wait for an ongoing read*/};

这里我们得补充说明一下一些USB的协议规范细节。USB能够自动监测设备&＃xff0c;并调用相应得驱动程序处理设备&＃xff0c;所以其规范实际上是相当复杂的&＃xff0c;幸好&＃xff0c;我们不必理会大部分细节问题&＃xff0c;因为Linux已经提供相应的解决方案。就我现在的理解来说&＃xff0c;USB的驱动分为两块&＃xff0c;一块是USB的bus驱动&＃xff0c;这个东西&＃xff0c;Linux内核已经做好了&＃xff0c;我们可以不管&＃xff0c;但我们至少要了解他的功能。形象得说&＃xff0c;USB的bus驱动相当于铺出一条路来&＃xff0c;让所有的信息都可以通过这条USB通道到达该到的地方&＃xff0c;这部分工作由usb_core来完成。当USB设备接到USB控制器接口时&＃xff0c;usb_core就检测该设备的一些信息&＃xff0c;例如生产厂商ID和产品的ID&＃xff0c;或者是设备所属的class、subclass跟protocol&＃xff0c;以便确定应该调用哪一个驱动处理该设备。里面复杂细节我们不用管&＃xff0c;我们要做的是另一块工作--usb的设备驱动。也就是说&＃xff0c;我们就等着usb_core告诉我们要工作了&＃xff0c;我们才工作。

从开发人员的角度看&＃xff0c;每一个usb设备有若干个配置(configuration)组成&＃xff0c;每个配置又可以有多个接口(interface)&＃xff0c;每个接口又有多个设置(setting图中没有给出)&＃xff0c;而接口本身可能没有端点或者多个端点(end point)。USB的数据交换通过端点来进行&＃xff0c;主机与各个端点之间建立起单向的管道来传输数据。而这些接口可以分为四类&＃xff1a;

控制(control)

用于配置设备、获取设备信息、发送命令或者获取设备的状态报告

中断(interrupt)

当USB宿主要求设备传输数据时&＃xff0c;中断端点会以一个固定的速率传送少量数据&＃xff0c;还用于发送数据到USB设备以控制设备&＃xff0c;一般不用于传送大量数据。

批量(bulk)

用于大量数据的可靠传输&＃xff0c;如果总线上的空间不足以发送整个批量包&＃xff0c;它会被分割成多个包传输。

等时(isochronous)

大量数据的不可靠传输&＃xff0c;不保证数据的到达&＃xff0c;但保证恒定的数据流&＃xff0c;多用于数据采集。

Linux中用struct usb_host_endpoint来描述USB端点&＃xff0c;每个usb_host_endpoint中包含一个struct usb_endpoint_descriptor结构体&＃xff0c;当中包含该端点的信息以及设备自定义的各种信息&＃xff0c;这些信息包括&＃xff1a;

/*USB_DT_ENDPOINT: Endpoint descriptor*/

structusb_endpoint_descriptor {/*结构体大小*/__u8 bLength;/*描述符类型 USB_DT_DEVICE、USB_DT_CONFIG、USB_DT_STRING、USB_DT_INTERFACE、USB_DT_ENDPOINT等等*/*/__u8 bDescriptorType;/*(8位端点地址&＃xff0c;其地址还隐藏了端点方向的信息(之前说过&＃xff0c;端点是单向的)&＃xff0c;可以用掩码USB_DIR_OUT和USB_DIR_IN来确定。*/__u8 bEndpointAddress/*端点的类型&＃xff0c;结合USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK可以确定端点是USB_ENDPOINT_XFER_ISOC(等时)、USB_ENDPOINT_XFER_BULK(批量)还是USB_ENDPOINT_XFER_INT(中断)。*/__u8 bmAttributes;//端点一次处理的最大字节数。发送的BULK包可以大于这个数值&＃xff0c;但会被分割传送。

__le16 wMaxPacketSize;/*如果端点是中断类型&＃xff0c;该值是端点的间隔设置&＃xff0c;以毫秒为单位。在逻辑上&＃xff0c;一个USB设备的功能划分是通过接口来完成的。比如说一个USB扬声器&＃xff0c;可能会包括有两个接口&＃xff1a;一个用于键盘控制&＃xff0c;另外一个用于音频流传输。而事实上&＃xff0c;这种设备需要用到不同的两个驱动程序来操作&＃xff0c;一个控制键盘&＃xff0c;一个控制音频流。但也有例外&＃xff0c;比如蓝牙设备&＃xff0c;要求有两个接口&＃xff0c;第一用于ACL跟EVENT的传输&＃xff0c;另外一个用于SCO链路&＃xff0c;但两者通过一个驱动控制。在Linux上&＃xff0c;接口使用struct usb_interface来描述&＃xff0c;以下是该结构体中比较重要的字段&＃xff1a;*/__u8 bInterval;/*NOTE: these two are _only_ in audio endpoints.*/

/*use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof.*/__u8 bRefresh;

__u8 bSynchAddress;

} __attribute__ ((packed));

下面分析一下usb-skeleton的源码。这个范例程序可以在linux-2.6.17/drivers/usb下找到&＃xff0c;其他版本的内核程序源码可能有所不同&＃xff0c;但相差不大。大家可以先找到源码看一看&＃xff0c;先有个整体印象。

之前已经提到&＃xff0c;模块先要向内核注册初始化跟销毁函数&＃xff1a;

static int __init usb_skel_init(void)

{intresult;/*register this driver with the USB subsystem*/result&＃61; usb_register(&skel_driver);if(result)

err("usb_register failed. Error number %d", result);returnresult;

}static void __exit usb_skel_exit(void)

{/*deregister this driver with the USB subsystem*/usb_deregister(&skel_driver);

}

从代码开来&＃xff0c;这个init跟exit函数的作用只是用来注册驱动程序&＃xff0c;这个描述驱动程序的结构体是系统定义的标准结构struct usb_driver,注册和注销的方法很简单&＃xff0c;usb_register(struct *usb_driver), usb_deregister(struct *usb_driver)。

那这个结构体需要做些什么呢&＃xff1f;他要向系统提供几个函数入口&＃xff0c;跟驱动的名字&＃xff1a;

static struct usb_driver skel_driver &＃61;{

.name&＃61; "skeleton",

.probe&＃61;skel_probe,

.disconnect&＃61;skel_disconnect,

.suspend&＃61;skel_suspend,

.resume&＃61;skel_resume,

.pre_reset&＃61;skel_pre_reset,

.post_reset&＃61;skel_post_reset,

.id_table&＃61;skel_table,

.supports_autosuspend&＃61; 1,

};

从代码看来&＃xff0c;usb_driver需要初始化四个东西&＃xff1a;模块的名字skeleton&＃xff0c;probe函数skel_probe,disconnect函数skel_disconnect,以及id_table。

在解释skel_driver各个成员之前&＃xff0c;我们先来看看另外一个结构体。这个结构体的名字有开发人员自定义&＃xff0c;它描述的是该驱动拥有的所有资源及状态&＃xff1a;

/*Structure to hold all of our device specific stuff*/

structusb_skel {struct usb_device *udev; /*the usb device for this device*/

struct usb_interface *interface; /*the interface for this device*/

struct semaphore limit_sem; /*limiting the number of writes in progress*/

struct usb_anchor submitted; /*in case we need to retract our submissions*/

struct urb *bulk_in_urb; /*the urb to read data with*/unsignedchar *bulk_in_buffer; /*the buffer to receive data*/size_t bulk_in_size;/*the size of the receive buffer*/size_t bulk_in_filled;/*number of bytes in the buffer*/size_t bulk_in_copied;/*already copied to user space*/__u8 bulk_in_endpointAddr;/*the address of the bulk in endpoint*/__u8 bulk_out_endpointAddr;/*the address of the bulk out endpoint*/

int errors; /*the last request tanked*/

int open_count; /*count the number of openers*/

bool ongoing_read; /*a read is going on*/

bool processed_urb; /*indicates we haven&＃39;t processed the urb*/spinlock_t err_lock;/*lock for errors*/

structkref kref;struct mutex io_mutex; /*synchronize I/O with disconnect*/

struct completion bulk_in_completion; /*to wait for an ongoing read*/};

我们先来对这个usb_skel作个简单分析&＃xff0c;他拥有一个描述usb设备的结构体udev&＃xff0c;一个接口interface&＃xff0c;用于并发访问控制的semaphore(信号量) limit_sem&＃xff0c;用于接收数据的缓冲bulk_in_buffer及其尺寸bulk_in_size&＃xff0c;然后是批量输入输出端口地址bulk_in_endpointAddr、bulk_out_endpointAddr&＃xff0c;最后是一个内核使用的引用计数器。他们的作用我们将在后面的代码中看到。

我们再回过头来看看skel_driver。

name用来告诉内核模块的名字是什么&＃xff0c;这个注册之后有系统来使用&＃xff0c;跟我们关系不大。

id_table用来告诉内核该模块支持的设备。usb子系统通过设备的production ID和vendor ID的组合或者设备的class、subclass跟protocol的组合来识别设备&＃xff0c;并调用相关的驱动程序作处理。我们可以看看这个id_table到底是什么东西&＃xff1a;

/*table of devices that work with this driver*/

static const struct usb_device_id skel_table[] &＃61;{

{ USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID) },

{ }/*Terminating entry*/};

MODULE_DEVICE_TABLE(usb, skel_table);

MODULE_DEVICE_TABLE的第一个参数是设备的类型&＃xff0c;如果是USB设备&＃xff0c;那自然是usb(如果是PCI设备&＃xff0c;那将是pci&＃xff0c;这两个子系统用同一个宏来注册所支持的设备。这涉及PCI设备的驱动了&＃xff0c;在此先不深究)。后面一个参数是设备表&＃xff0c;这个设备表的最后一个元素是空的&＃xff0c;用于标识结束。代码定义了USB_SKEL_VENDOR_ID是0xfff0&＃xff0c;USB_SKEL_PRODUCT_ID是0xfff0&＃xff0c;也就是说&＃xff0c;当有一个设备接到集线器时&＃xff0c;usb子系统就会检查这个设备的vendor ID和product ID&＃xff0c;如果它们的值是0xfff0时&＃xff0c;那么子系统就会调用这个skeleton模块作为设备的驱动。

probe是usb子系统自动调用的一个函数&＃xff0c;有USB设备接到硬件集线器时&＃xff0c;usb子系统会根据production ID和vendor ID的组合或者设备的class、subclass跟protocol的组合来识别设备调用相应驱动程序的probe(探测)函数&＃xff0c;对于skeleton来说&＃xff0c;就是skel_probe。

系统会传递给探测函数一个usb_interface *跟一个struct usb_device_id *作为参数。他们分别是该USB设备的接口描述(一般会是该设备的第0号接口&＃xff0c;该接口的默认设置也是第0号设置)跟它的设备ID描述(包括Vendor ID、Production ID等)。

probe函数比较长&＃xff0c;我们分段来分析这个函数&＃xff1a;

dev->udev &＃61; usb_get_dev(interface_to_usbdev(interface));

dev->interface &＃61; interface;

在初始化了一些资源之后&＃xff0c;可以看到第一个关键的函数调用--interface_to_usbdev。他从一个usb_interface来得到该接口所在设备的设备描述结构。

本来&＃xff0c;要得到一个usb_device只要用interface_to_usbdev就够了&＃xff0c;但因为要增加对该usb_device的引用计数&＃xff0c;我们应该在做一个usb_get_dev的操作&＃xff0c;来增加引用计数&＃xff0c;并在释放设备时用usb_put_dev来减少引用计数。这里要解释的是&＃xff0c;该引用计数值是对该usb_device的计数&＃xff0c;并不是对本模块的计数&＃xff0c;本模块的计数要由kref来维护。所以&＃xff0c;probe一开始就有初始化kref。事实上&＃xff0c;kref_init操作不单只初始化kref&＃xff0c;还将其置设成1。所以在出错处理代码中有kref_put&＃xff0c;它把kref的计数减1&＃xff0c;如果kref计数已经为0&＃xff0c;那么kref会被释放。kref_put的第二个参数是一个函数指针&＃xff0c;指向一个清理函数。注意&＃xff0c;该指针不能为空&＃xff0c;或者kfree。该函数会在最后一个对kref的引用释放时被调用(如果我的理解不准确&＃xff0c;请指正)。下面是内核源码中的一段注释及代码&＃xff1a;

/**

* kref_put - decrement refcount for object.

* &＃64;kref: object.

* &＃64;release: pointer to the function that will clean up the object when the

* last reference to the object is released.

* This pointer is required, and it is not acceptable to pass kfree

* in as this function.

*

* Decrement the refcount, and if 0, call release().

* Return 1 if the object was removed, otherwise return 0. Beware, if this

* function returns 0, you still can not count on the kref from remaining in

* memory. Only use the return value if you want to see if the kref is now

* gone, not present.*/

int kref_put(struct kref *kref, void (*release)(struct kref *kref))

{

WARN_ON(release&＃61;&＃61;NULL);

WARN_ON(release&＃61;&＃61; (void (*)(struct kref *))kfree);/** if current count is one, we are the last user and can release object

* right now, avoiding an atomic operation on &＃39;refcount&＃39;*/

if ((atomic_read(&kref->refcount) &＃61;&＃61; 1) ||(atomic_dec_and_test(&kref->refcount))) {

release(kref);return 1;

}return 0;

}

当我们执行打开操作时&＃xff0c;我们要增加kref的计数&＃xff0c;我们可以用kref_get&＃xff0c;来完成。所有对struct kref的操作都有内核代码确保其原子性。

得到了该usb_device之后&＃xff0c;我们要对我们自定义的usb_skel各个状态跟资源作初始化。这部分工作的任务主要是向usb_skel注册该usb设备的端点。

这里可能要补充以下一些关于usb_interface_descriptor的知识&＃xff0c;但因为内核源码对该结构体的注释不多&＃xff0c;所以只能靠个人猜测。在一个usb_host_interface结构里面有一个usb_interface_descriptor叫做desc的成员&＃xff0c;他应该是用于描述该interface的一些属性&＃xff0c;其中bNumEndpoints是一个8位(b for byte)的数字&＃xff0c;他代表了该接口的端点数。probe然后遍历所有的端点&＃xff0c;检查他们的类型跟方向&＃xff0c;注册到usb_skel中。

/*set up the endpoint information*/

/*use only the first bulk-in and bulk-out endpoints*/iface_desc&＃61; interface->cur_altsetting;for (i &＃61; 0; i desc.bNumEndpoints; &＃43;&＃43;i) {

endpoint&＃61; &iface_desc->endpoint[i].desc;if (!dev->bulk_in_endpointAddr &&usb_endpoint_is_bulk_in(endpoint)) {/*we found a bulk in endpoint*/buffer_size&＃61; le16_to_cpu(endpoint->wMaxPacketSize);

dev->bulk_in_size &＃61;buffer_size;

dev->bulk_in_endpointAddr &＃61; endpoint->bEndpointAddress;

dev->bulk_in_buffer &＃61;kmalloc(buffer_size, GFP_KERNEL);if (!dev->bulk_in_buffer) {

err("Could not allocate bulk_in_buffer");gotoerror;

}

dev->bulk_in_urb &＃61; usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);if (!dev->bulk_in_urb) {

err("Could not allocate bulk_in_urb");gotoerror;

}

}if (!dev->bulk_out_endpointAddr &&usb_endpoint_is_bulk_out(endpoint)) {/*we found a bulk out endpoint*/dev->bulk_out_endpointAddr &＃61; endpoint->bEndpointAddress;

}

}if (!(dev->bulk_in_endpointAddr && dev->bulk_out_endpointAddr)) {

err("Could not find both bulk-in and bulk-out endpoints");gotoerror;

}

接下来的工作是向系统注册一些以后会用的的信息。

首先我们来说明一下usb_set_intfdata()&＃xff0c;他向内核注册一个data&＃xff0c;这个data的结构可以是任意的&＃xff0c;这段程序向内核注册了一个usb_skel结构&＃xff0c;就是我们刚刚看到的被初始化的那个&＃xff0c;这个data可以在以后用usb_get_intfdata来得到。

/*save our data pointer in this interface device*/usb_set_intfdata(interface, dev);/*we can register the device now, as it is ready*/retval&＃61; usb_register_dev(interface, &skel_class);if(retval) {/*something prevented us from registering this driver*/err("Not able to get a minor for this device.");

usb_set_intfdata(interface, NULL);gotoerror;

}

然后我们向这个interface注册一个skel_class结构。这个结构又是什么&＃xff1f;我们就来看看这到底是个什么东西&＃xff1a;

/**

* struct usb_class_driver - identifies a USB driver that wants to use the USB major number

* &＃64;name: the usb class device name for this driver. Will show up in sysfs.

* &＃64;devnode: Callback to provide a naming hint for a possible

* device node to create.

* &＃64;fops: pointer to the struct file_operations of this driver.

* &＃64;minor_base: the start of the minor range for this driver.

*

* This structure is used for the usb_register_dev() and

* usb_unregister_dev() functions, to consolidate a number of the

* parameters used for them.*/

structusb_class_driver {char *name;char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode);const struct file_operations *fops;intminor_base;

};

它其实是一个系统定义的结构&＃xff0c;里面包含了一名字、一个文件操作结构体还有一个次设备号的基准值。事实上它才是定义 真正完成对设备IO操作的函数。所以他的核心内容应该是skel_fops。

这里补充一些我个人的估计&＃xff1a;因为usb设备可以有多个interface&＃xff0c;每个interface所定义的IO操作可能不一样&＃xff0c;所以向系统注册的usb_class_driver要求注册到某一个interface&＃xff0c;而不是device&＃xff0c;因此&＃xff0c;usb_register_dev的第一个参数才是interface&＃xff0c;而第二个参数就是某一个usb_class_driver。通常情况下&＃xff0c;linux系统用主设备号来识别某类设备的驱动程序&＃xff0c;用次设备号管理识别具体的设备&＃xff0c;驱动程序可以依照次设备号来区分不同的设备&＃xff0c;所以&＃xff0c;这里的次设备好其实是用来管理不同的interface的&＃xff0c;但由于这个范例只有一个interface&＃xff0c;在代码上无法求证这个猜想。

static const struct file_operations skel_fops &＃61;{

.owner&＃61;THIS_MODULE,

.read&＃61;skel_read,

.write&＃61;skel_write,

.open&＃61;skel_open,

.release&＃61;skel_release,

.flush&＃61;skel_flush,

.llseek&＃61;noop_llseek,

};

这个文件操作结构中定义了对设备的读写、打开、释放(USB设备通常使用这个术语release)。他们都是函数指针&＃xff0c;分别指向skel_read、skel_write、skel_open、skel_release这四个函数&＃xff0c;这四个函数应该有开发人员自己实现。

当设备被拔出集线器时&＃xff0c;usb子系统会自动地调用disconnect&＃xff0c;他做的事情不多&＃xff0c;最重要的是注销class_driver(交还次设备号)和interface的data:

dev &＃61; usb_get_intfdata(interface);

usb_set_intfdata(interface, NULL);/*give back our minor*/usb_deregister_dev(interface, &skel_class);

然后他会用kref_put(&dev->kref, skel_delete)进行清理&＃xff0c;kref_put的细节参见前文。

到目前为止&＃xff0c;我们已经分析完usb子系统要求的各个主要操作&＃xff0c;下一部分我们在讨论一下对USB设备的IO操作。

说到usb子系统的IO操作&＃xff0c;不得不说usb request block&＃xff0c;简称urb。事实上&＃xff0c;可以打一个这样的比喻&＃xff0c;usb总线就像一条高速公路&＃xff0c;货物、人流之类的可以看成是系统与设备交互的数据&＃xff0c;而urb就可以看成是汽车。在一开始对USB规范细节的介绍&＃xff0c;我们就说过USB的endpoint有4种不同类型&＃xff0c;也就是说能在这条高速公路上流动的数据就有四种。但是这对汽车是没有要求的&＃xff0c;所以urb可以运载四种数据&＃xff0c;不过你要先告诉司机你要运什么&＃xff0c;目的地是什么。我们现在就看看struct urb的具体内容。它的内容很多&＃xff0c;为了不让我的理解误导各位&＃xff0c;大家最好还是看一看内核源码的注释&＃xff0c;具体内容参见源码树下include/linux/usb.h。

在这里我们重点介绍程序中出现的几个关键字段&＃xff1a;

struct usb_device *dev

urb所发送的目标设备。

unsigned int pipe

一个管道号码&＃xff0c;该管道记录了目标设备的端点以及管道的类型。每个管道只有一种类型和一个方向&＃xff0c;它与他的目标设备的端点相对应&＃xff0c;我们可以通过以下几个函数来获得管道号并设置管道类型&＃xff1a;

unsigned int usb_sndctrlpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个控制OUT端点。

unsigned int usb_rcvctrlpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个控制IN端点。

unsigned int usb_sndbulkpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个批量OUT端点。

unsigned int usb_rcvbulkpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个批量OUT端点。

unsigned int usb_sndintpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个中断OUT端点。

unsigned int usb_rcvintpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个中断OUT端点。

unsigned int usb_sndisocpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个等时OUT端点。

unsigned int usb_rcvisocpipe(struct usb_device *dev, unsigned intendpoint)//把指定USB设备的指定端点设置为一个等时OUT端点。

unsigned int transfer_flags

当不使用DMA时&＃xff0c;应该transfer_flags |&＃61; URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP(按照代码的理解&＃xff0c;希望没有错)。

int status

一个urb把数据送到设备时&＃xff0c;这个urb会由系统返回给驱动程序&＃xff0c;并调用驱动程序的urb完成回调函数处理。这时&＃xff0c;status记录了这次数据传输的有关状态&＃xff0c;例如传送成功与否。成功的话会是0。

要能够运货当然首先要有车&＃xff0c;所以第一步当然要创建urb&＃xff1a;

struct urb *usb_alloc_urb(int isoc_packets, int mem_flags);

第一个参数是等时包的数量&＃xff0c;如果不是乘载等时包&＃xff0c;应该为0&＃xff0c;第二个参数与kmalloc的标志相同。

要释放一个urb可以用&＃xff1a;

void usb_free_urb(struct urb *urb);

要承载数据&＃xff0c;还要告诉司机目的地信息跟要运的货物&＃xff0c;对于不同的数据&＃xff0c;系统提供了不同的函数&＃xff0c;对于中断urb&＃xff0c;我们用

static inline void usb_fill_int_urb(struct urb *urb,struct usb_device *dev,

unsignedintpipe,void *transfer_buffer,intbuffer_length,

usb_complete_t complete_fn,void *context,int interval)

这里要解释一下&＃xff0c;transfer_buffer是一个要送/收的数据的缓冲&＃xff0c;buffer_length是它的长度&＃xff0c;complete是urb完成回调函数的入口&＃xff0c;context由用户定义&＃xff0c;可能会在回调函数中使用的数据&＃xff0c;interval就是urb被调度的间隔。

对于批量urb和控制urb&＃xff0c;我们用:

//批量

static inline void usb_fill_bulk_urb(struct urb *urb,struct usb_device *dev,

unsignedintpipe,void *transfer_buffer,intbuffer_length,

usb_complete_t complete_fn,void *context)//控制

static inline void usb_fill_control_urb(struct urb *urb,struct usb_device *dev,

unsignedintpipe,

unsignedchar *setup_packet,void *transfer_buffer,intbuffer_length,

usb_complete_t complete_fn,void *context)

控制包有一个特殊参数setup_packet&＃xff0c;它指向即将被发送到端点的设置数据报的数据。

对于等时urb&＃xff0c;系统没有专门的fill函数&＃xff0c;只能对各urb字段显示赋值。

有了汽车&＃xff0c;有了司机&＃xff0c;下一步就是要开始运货了&＃xff0c;我们可以用下面的函数来提交urb

int usb_submit_urb(struct urb *urb, int mem_flags);

mem_flags有几种&＃xff1a;GFP_ATOMIC、GFP_NOIO、GFP_KERNEL&＃xff0c;通常在中断上下文环境我们会用GFP_ATOMIC。

当我们的卡车运货之后&＃xff0c;系统会把它调回来&＃xff0c;并调用urb完成回调函数&＃xff0c;并把这辆车作为函数传递给驱动程序。我们应该在回调函数里面检查status字段&＃xff0c;以确定数据的成功传输与否。下面是用urb来传送数据的细节。

static int skel_do_read_io(struct usb_skel *dev, size_t count)

{intrv;/*prepare a read*/usb_fill_bulk_urb(dev->bulk_in_urb,

dev->udev,

usb_rcvbulkpipe(dev->udev,dev->bulk_in_endpointAddr),

dev->bulk_in_buffer,

min(dev->bulk_in_size, count),

skel_read_bulk_callback,

dev);/*tell everybody to leave the URB alone*/spin_lock_irq(&dev->err_lock);

dev->ongoing_read &＃61; 1;

spin_unlock_irq(&dev->err_lock);/*do it*/rv&＃61; usb_submit_urb(dev->bulk_in_urb, GFP_KERNEL);if (rv <0) {

err("%s - failed submitting read urb, error %d",

__func__, rv);

dev->bulk_in_filled &＃61; 0;

rv&＃61; (rv &＃61;&＃61; -ENOMEM) ? rv : -EIO;

spin_lock_irq(&dev->err_lock);

dev->ongoing_read &＃61; 0;

spin_unlock_irq(&dev->err_lock);

}returnrv;

}

这里skel_write_bulk_callback就是一个完成回调函数&＃xff0c;而他做的主要事情就是检查数据传输状态和释放urb&＃xff1a;

static void skel_read_bulk_callback(struct urb *urb)

{struct usb_skel *dev;

dev&＃61; urb->context;

spin_lock(&dev->err_lock);/*sync/async unlink faults aren&＃39;t errors*/

if (urb->status) {if (!(urb->status &＃61;&＃61; -ENOENT ||urb->status &＃61;&＃61; -ECONNRESET ||urb->status &＃61;&＃61; -ESHUTDOWN))

err("%s - nonzero write bulk status received: %d",

__func__, urb->status);

dev->errors &＃61; urb->status;

}else{

dev->bulk_in_filled &＃61; urb->actual_length;

}

dev->ongoing_read &＃61; 0;

spin_unlock(&dev->err_lock);

complete(&dev->bulk_in_completion);

}

事实上&＃xff0c;如果数据的量不大&＃xff0c;那么可以不一定用卡车来运货&＃xff0c;系统还提供了一种不用urb的传输方式&＃xff0c;而usb-skeleton的读操作正是采用这种方式实现&＃xff1a;

/*do a blocking bulk read to get data from the device*/retval&＃61; usb_bulk_msg(dev->udev,

usb_rcvbulkpipe(dev->udev, dev->bulk_in_endpointAddr),

dev->bulk_in_buffer,

min(dev->bulk_in_size, count),&bytes_read, 10000);/*if the read was successful, copy the data to userspace*/

if (!retval) {if (copy_to_user(buffer, dev->bulk_in_buffer, bytes_read))

retval&＃61; -EFAULT;elseretval&＃61;bytes_read;

}

程序使用了usb_bulk_msg来传送数据&＃xff0c;它的原型如下&＃xff1a;

int usb_bulk_msg(struct usb_device *usb_dev, unsigned intpipe,void *data, int len, int *actual_length, inttimeout)

{struct urb *urb;struct usb_host_endpoint *ep;

ep&＃61;usb_pipe_endpoint(usb_dev, pipe);if (!ep || len <0)return -EINVAL;

urb&＃61; usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);if (!urb)return -ENOMEM;if ((ep->desc.bmAttributes & USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK) &＃61;&＃61;USB_ENDPOINT_XFER_INT) {

pipe&＃61; (pipe & ~(3 <<30)) | (PIPE_INTERRUPT <<30);

usb_fill_int_urb(urb, usb_dev, pipe, data, len,

usb_api_blocking_completion, NULL,

ep->desc.bInterval);

}elseusb_fill_bulk_urb(urb, usb_dev, pipe, data, len,

usb_api_blocking_completion, NULL);returnusb_start_wait_urb(urb, timeout, actual_length);

}

EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_bulk_msg);

这个函数会阻塞等待数据传输完成或者等到超时&＃xff0c;data是输入/输出缓冲&＃xff0c;len是它的大小&＃xff0c;actual length是实际传送的数据大小&＃xff0c;timeout是阻塞超时。

对于控制数据&＃xff0c;系统提供了另外一个函数&＃xff0c;他的原型是&＃xff1a;

int usb_control_msg(struct usb_device *dev, unsigned intpipe, __u8 request,

__u8 requesttype, __u16 value, __u16 index,void *data,

__u16 size,inttimeout)

{struct usb_ctrlrequest *dr;intret;

dr&＃61; kmalloc(sizeof(structusb_ctrlrequest), GFP_NOIO);if (!dr)return -ENOMEM;

dr->bRequestType &＃61;requesttype;

dr->bRequest &＃61;request;

dr->wValue &＃61;cpu_to_le16(value);

dr->wIndex &＃61;cpu_to_le16(index);

dr->wLength &＃61;cpu_to_le16(size);/*dbg("usb_control_msg");*/ret&＃61;usb_internal_control_msg(dev, pipe, dr, data, size, timeout);

kfree(dr);returnret;

}

EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_control_msg);

equest是控制消息的USB请求值、requesttype是控制消息的USB请求类型&＃xff0c;value是控制消息的USB消息值&＃xff0c;index是控制消息的USB消息索引。具体是什么&＃xff0c;暂时不是很清楚&＃xff0c;希望大家提供说明。

当然&＃xff0c;对于中断传输&＃xff0c;系统也提供了另外的函数。

int usb_interrupt_msg(struct usb_device *usb_dev, unsigned intpipe,void *data, int len, int *actual_length, inttimeout)

{returnusb_bulk_msg(usb_dev, pipe, data, len, actual_length, timeout);

}

EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_interrupt_msg);

直接调用usb_bulk_msg()函数。

至此&＃xff0c;Linux下的USB驱动框架分析基本完成了。