USB驱动程序设计
2024-10-20 08:46:33
1.USB驱动模型
①USB HOST控制器驱动
②USBhexin
③USB客户端驱动
设备4个层次:设备(device)、配置(Config)、接口(Interface)、端点(Endpoint).
一个接口就是一个基本功能。如:MP4的视频、音频。
USB设备包括配置(configuration)、接口(interface)和端点(endpoint),一个USB设备驱动程序对应一个USB接口,而非整个USB设备。
在Linux内核中,使用struct usb_driver结构描述一个USB驱动。
- struct usb_driver {
- const char *name; /*驱动程序名*/
- /* 当USB核心发现了该驱动能够处理的USB接口时,调用该函数 */
- int (*probe) (struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id);
- /* 当相应的USB接口被移除时,调用该函数 */
- void (*disconnect) (struct usb_interface *intf);
- /* USB驱动能够处理的设备列表 */
- const struct usb_device_id *id_table;
- }
2.URB
2.1 URB通讯模型
主机发送请求,USB从机返回消息。
USB请求块(USB request block-URB)是USB设备驱动中用来与USB设备通信所用的基本载体和核心数据结构,非常类似于网络设备驱动中的sk_buff结构体,是USB主机与设备通信的“电波”。
1. USB 设备驱动程序创建并初始化一个访问特定端点的urb,并提交给USB core;
2. USB core提交该urb到USB主控制器驱动程序;
3. USB 主控制器驱动程序根据该urb描述的信息,来访问USB设备;
4. 当设备访问结束后,USB 主控制器驱动程序通知USB 设备驱动程序。
2.2 创建URB
struct urb *usb_alloc_urb(int iso_packets, gfp_t mem_flags)
2.2 创建URB
struct urb *usb_alloc_urb(int iso_packets, gfp_t mem_flags)
参数:
iso_packets:urb所包含的等时数据包的个数。
mem_flags:内存分配标识(如GFP_KERNEL),参考kmalloc。
2.3 初始化URB
①对于中断urb,使用usb_fill_int_urb函数来初始化。
URB被提交到USB核心后,USB核心指定usb主控制器驱动程序来处理该urb,处理完之后,urb完成函数将被调用。
2.3 初始化URB
①对于中断urb,使用usb_fill_int_urb函数来初始化。
②对于批量urb,使用usb_fill_bulk_urb函数来初始化。
③对于控制urb,使用usb_fill_control_urb函数来初始化。
④对于等时urb,只能手动地初始化urb。
- static inline void usb_fill_int_urb(
- struct urb *urb, //待初始化的urb
- struct usb_device *dev, //urb所要访问的设备
- unsigned int pipe, //要访问的端点所对应的管道,
- void *transfer_buffer, //保存传输数据的buffer
- int buffer_length, //buffer长度
- usb_complete_t complete_fn, //urb完成时调用的函数
- void *context, //赋值到urb->context的数据
- int interval) //urb被调度的时间间隔
2.4 提交URB
在完成urb的创建和初始化后,USB驱动需要将urb提交给USB核心.
int usb_submit_urb(struct urb *urb, gfp_t mem_flags)
参数:
urb:要提交urb的指针
mem_flags: 内存分配标识(如GFP_KERNEL),参考kmalloc
URB被提交到USB核心后,USB核心指定usb主控制器驱动程序来处理该urb,处理完之后,urb完成函数将被调用。
3.HID协议
HID(Human Interface Device),属于人机交互类的设备,如USB鼠标,USB键盘,USB游戏操纵杆等。改类设备必须遵循HID设计规范。(4个字节报告描述符)
4.鼠标驱动分析
- static int usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
- {
- /* 设备描述 usb_device */
- /* 接口描述 usb_interface */
- struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); //这里把接口转化成dev设备
- /* 接口设置描述 */
- struct usb_host_interface *interface;
- /* 端点描述符 */
- struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
- struct usb_mouse *mouse;
- struct input_dev *input_dev;
- int pipe, maxp; //这里创建了一个pipe
- int error = -ENOMEM;
- /* 获取当前接口设置 */
- interface = intf->cur_altsetting; //得到了接口
- /* 根据HID规范,鼠标只有一个端点(不包含0号控制端点)*/
- if (interface->desc.bNumEndpoints != 1)
- return -ENODEV;
- /* 获取端点0描述符 */
- endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //端点是在接口中的,获取了端点描述符
- /* 根据HID规范,鼠标唯一的端点应为中断端点 */
- if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint))
- return -ENODEV;
- /* 生成中断管道 */
- pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //这里给pipe创建了接收管道,端点的地址从上面来(端点的地址)
- /* 返回该端点能够传输的最大的包长度,鼠标的返回的最大数据包为4个字节。*/
- maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));
- /* 创建input设备 */
- mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL); /*创建输入型设备*/
- input_dev = input_allocate_device();
- if (!mouse || !input_dev)
- goto fail1;
- /* 申请内存空间用于数据传输,data 为指向该空间的地址*/
- mouse->data = usb_buffer_alloc(dev, 8, GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma); //给data分配了一个空间
- if (!mouse->data)
- goto fail1;
- /* 分配URB */
- mouse->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
- if (!mouse->irq)
- goto fail2;
- mouse->usbdev = dev;
- mouse->dev = input_dev;
- if (dev->manufacturer) /*这里在初始化输入型设备*/
- 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 用来获取 USB 设备在 Sysfs 中的路径*/
- usb_make_path(dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys));
- strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys));
- /* 字符设备初始化 */
- input_dev->name = mouse->name;
- input_dev->phys = mouse->phys;
- usb_to_input_id(dev, &input_dev->id);
- input_dev->dev.parent = &intf->dev;
- input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REL);
- input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] = BIT_MASK(BTN_LEFT) |
- BIT_MASK(BTN_RIGHT) | BIT_MASK(BTN_MIDDLE);
- input_dev->relbit[0] = BIT_MASK(REL_X) | BIT_MASK(REL_Y);
- input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] |= BIT_MASK(BTN_SIDE) |
- BIT_MASK(BTN_EXTRA);
- input_dev->relbit[0] |= BIT_MASK(REL_WHEEL);
- input_set_drvdata(input_dev, mouse);
- input_dev->open = usb_mouse_open;
- input_dev->close = usb_mouse_close;
- /* 初始化中断URB */
- /* 思考实验:将interval参数设置为1分钟,观察现象 */ //这里使用usb_fill_int_urb来创建一个URB
- usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data,
- (maxp > 8 ? 8 : maxp),
- usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval);
- mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;
- mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
- error = input_register_device(mouse->dev);
- if (error)
- goto fail3;
- /*将mouse指针保存到intf的dev成员中*/
- usb_set_intfdata(intf, mouse);
- return 0;
- fail3:
- usb_free_urb(mouse->irq);
- fail2:
- usb_buffer_free(dev, 8, mouse->data, mouse->data_dma);
- fail1:
- input_free_device(input_dev);
- kfree(mouse);
- return error;
- }
打开时会上传这个URB数据:
- static int usb_mouse_open(struct input_dev *dev)
- {
- struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev);
- mouse->irq->dev = mouse->usbdev;
- if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL)) //这个函数用来上传
- return -EIO;
- return 0;
- }
上传完毕后,回传回来的数据就有中断函数:
- static void usb_mouse_irq(struct urb *urb)
- {
- struct usb_mouse *mouse = urb->context;
- signed char *data = mouse->data;
- struct input_dev *dev = mouse->dev;
- int status;
- /* 检测urb传输是否成功 */
- switch (urb->status) {
- case 0: /* success */
- break;
- case -ECONNRESET: /* unlink */
- case -ENOENT:
- case -ESHUTDOWN:
- return;
- /* -EPIPE: should clear the halt */
- default: /* error */
- goto resubmit;
- }
- /* 报告按键状态 */
- input_report_key(dev, BTN_LEFT, data[0] & 0x01); //data[0]中的第一个位,左键
- input_report_key(dev, BTN_RIGHT, data[0] & 0x02); //第二位,右键
- input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, data[0] & 0x04); //第三位,中建
- input_report_key(dev, BTN_SIDE, data[0] & 0x08);
- input_report_key(dev, BTN_EXTRA, data[0] & 0x10);
- input_report_rel(dev, REL_X, data[1]); //X轴信息
- input_report_rel(dev, REL_Y, data[2]); //Y轴信息
- input_report_rel(dev, REL_WHEEL, data[3]); //滑轮的信息
- input_sync(dev);
- resubmit:
- /* 提交下次传输 */
- status = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); //再次提交urb
- if (status)
- err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
- mouse->usbdev->bus->bus_name,
- mouse->usbdev->devpath, status);
- }
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