Linux USB设备驱动模型查看

1. BUS/DEV/DRV 模型

"USB 接口"是逻辑上的 USB 设备 ，编写的 usb_driver 驱动程序，支持的是"USB 接口"：

• USB 控制器或 Hub 识别出 USB 设备后，会创建、注册 usb_device
• usb_device 被"driversusbcoregeneric.c" 驱动认领后，会选择、设置某个配置
• 这个配置下面的接口，都会分配、设置、注册一个 usb_interface
• 左边的 usb_driver 和右边的 usb_interface 如果匹配，则调用 usb_driver.probe

2. 接口函数

在 USB 设备驱动程序中，能使用的 USB 函数都在这个头文件里：includelinuxusb.h。

2.1 pipe

使用这些接口函数的主要目的是传输数据，传输数据的对象是 USB 设备里的某个 endpoint，这被称为 pipe：

/* Create various pipes... */
#define usb_sndctrlpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_CONTROL < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvctrlpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_CONTROL < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndisocpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_ISOCHRONOUS < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvisocpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_ISOCHRONOUS < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndbulkpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_BULK < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvbulkpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_BULK < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndintpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_INTERRUPT < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvintpipe(dev, endpoint) 
 ((PIPE_INTERRUPT < < 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)

2.2 同步传输函数

对于控制传输、批量传输、中断传输，有 3 个同步函数可以用来直接发起传输。这些函数内部会创建、填充、提交一个 URB("usb request block")，并等待它完成或超时。

函数原型如下：

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);

int usb_bulk_msg(struct usb_device *usb_dev, unsigned int pipe,
   void *data, int len, int *actual_length, int timeout);

int usb_interrupt_msg(struct usb_device *usb_dev, unsigned int pipe,
        void *data, int len, int *actual_length, int timeout);

2.3 异步传输函数

使用 URB 进行传输时，它是异步方式：需要先分配、构造、提交一个 URB("usb request block")，当传输完成后，它的回调函数被调用。

关键就在于需要填充 URB：

• dev：跟谁传输数据
• pipe：跟哪个 pipe 传输数据
• buffer：里面存有要发送的数据，或者用来接收要读取的数据
• 数据长度
• 回调函数

2.3.1 分配和释放 URB

函数原型如下：

struct urb *usb_alloc_urb(int iso_packets, gfp_t mem_flags);

void usb_free_urb(struct urb *urb);

2.3.2 分配/释放 DMA Buffer

发起 USB 传输时，数据保存在 buffer 里。这个 buffer 可以是一般的 buffer，也可以是 DMA Buffer。

对于一般的 buffer，在提交 URB 时会临时分配一个 DMA Buffer：

• 发送数据时：函数内部会先从一般 buffer 中把数据复制到 DMA Buffer，在提交给 USB 控制器
• 读取数据时：USB 控制器先把数据传到 DMA Buffer，函数内部在把 DMA Buffer 的数据复制到一般 buffer
• 中间增加了一次数据的拷贝，效率低

我们可以直接使用 DMA Buffer，函数原型如下：

void *usb_alloc_coherent(struct usb_device *dev, size_t size, gfp_t mem_flags,dma_addr_t *dma);

void usb_free_coherent(struct usb_device *dev, size_t size, void *addr,dma_addr_t dma);

2.3.3 填充 URB

对于控制传输、批量传输、中断传输，分别有如下函数：

static inline void usb_fill_control_urb(struct urb *urb,
     struct usb_device *dev,
     unsigned int pipe,
     unsigned char *setup_packet,
     void *transfer_buffer,
     int buffer_length,
     usb_complete_t complete_fn,
     void *context);

static inline void usb_fill_bulk_urb(struct urb *urb,
         struct usb_device *dev,
         unsigned int pipe,
         void *transfer_buffer,
         int buffer_length,
         usb_complete_t complete_fn,
         void *context);

static inline void usb_fill_int_urb(struct urb *urb,
        struct usb_device *dev,
        unsigned int pipe,
        void *transfer_buffer,
        int buffer_length,
        usb_complete_t complete_fn,
        void *context,
        int interval);

如果 URB 使用 DMA Buffer，那么还需要设置一个 flag 表明这点：

urb- >transfer_dma = DMA address of buffer; // usb_alloc_coherent的输出参数
urb- >transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

2.3.4 提交 URB

构造好 URB 后，需要提交到 USB 系统里，才能启动传输。

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

2.3.5 取消 URB

已经提交的 URB，可以取消它，有 2 个函数：

• usb_kill_urb：这是一个同步函数，它会等待 URB 结束
• usb_unlink_urb：这是一个异步函数，它不会等待 URB 结束，USB 控制器驱动会调用它的回调函数

void usb_kill_urb(struct urb *urb);

int usb_unlink_urb(struct urb *urb);