Linux USB设备驱动模型查看

描述

1. BUS/DEV/DRV 模型

鼠标

"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":

鼠标

  • 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);
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