USB系統(tǒng)設(shè)備模型建立流程

USB設(shè)備模型建立流程概覽

S3c2440處理器中集成有USB控制器，該主控制器作為平臺(tái)設(shè)備s3c_device_usb添加到內(nèi)核，該設(shè)備與驅(qū)動(dòng)ohci_hcd_s3c2410_driver匹配后調(diào)用函數(shù)usb_hcd_s3c2410_probe。在函數(shù)usb_hcd_s3c2410_probe中獲取硬件資源，為USB主控制器結(jié)構(gòu)體usb_hcd分配內(nèi)存，調(diào)用函數(shù)usb_add_hcd填充usb_hcd。一個(gè)主控制器對(duì)應(yīng)一條USB總線，在函數(shù)usb_add_hcd中將該總線注冊(cè)到內(nèi)核usb_register_bus(&hcd->self)。一個(gè)主控制器綁定了一個(gè)root_hub。Root_hub，hub，插到hub端口上的設(shè)備都是usb_device。因此在函數(shù)usb_add_hcd中為root_hub的usb_device分配了存儲(chǔ)空間usb_alloc_dev。為了初始化root_hub的usb_device并把它注冊(cè)到內(nèi)核又調(diào)用了函數(shù)register_root_hub。無論是root_hub，hub，還是插到hub端口上的設(shè)備都是usb_device，所以都有設(shè)備描述符，在函數(shù)register_root_hub中調(diào)用函數(shù)usb_get_device_descriptor獲取了root_hub設(shè)備的設(shè)備描述符。一個(gè)新設(shè)備需要先進(jìn)行相應(yīng)的配置然后再加入內(nèi)核，為完成這項(xiàng)工作在函數(shù)register_root_hub又調(diào)用了usb_new_device

每個(gè)USB設(shè)備有一種或多種配置；每種配置有一個(gè)或多個(gè)接口；一個(gè)接口有一種或多種設(shè)置；一種設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)。為了對(duì)配置，接口，端點(diǎn)進(jìn)行描述，每一個(gè)USB設(shè)備都有配置描述符，接口描述符，端點(diǎn)描述符。為了獲取并解析這些描述符在函數(shù)usb_new_device中調(diào)用了函數(shù)usb_configure_device。然后將該設(shè)備添加到內(nèi)核device_add(&udev->dev)。每個(gè)USB設(shè)備都有一個(gè)控制端點(diǎn)。它通常用于配置設(shè)備，獲取設(shè)備信息，發(fā)送命令到設(shè)備，或者獲取設(shè)備的狀態(tài)報(bào)告。在設(shè)備建立的過程中需要用到它，要讓它工作得先把它添加到內(nèi)核，為此在函數(shù)usb_new_device中調(diào)用了函數(shù)usb_create_ep_devs。

所有USB設(shè)備所屬的總線類型為usb_bus_type設(shè)備類型為usb_device_type。當(dāng)一個(gè)USB設(shè)備添加到總線上時(shí)都會(huì)去尋找它對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，為此內(nèi)核創(chuàng)建了一個(gè)能匹配所有USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)usb_generic_driver。當(dāng)有usb_device添加到內(nèi)核都會(huì)與驅(qū)動(dòng)usb_generic_driver相匹配并調(diào)用函數(shù)generic_probe。在函數(shù)generic_probe中會(huì)調(diào)用函數(shù)usb_choose_configuration為設(shè)備選擇一個(gè)合理的配置，到此就可以用選定配置下的所有描述符進(jìn)行設(shè)備配置了。函數(shù)usb_set_configuration即是完成此項(xiàng)功能。在函數(shù)usb_set_configuratio中將設(shè)備的所有接口都添加到內(nèi)核device_add(&intf->dev)。這些接口設(shè)備的總線類型為usb_bus_type，設(shè)備類型為usb_if_device_type。

USB接口也是作為設(shè)備添加到了內(nèi)核，它有它所屬的總線usb_bus_type，因此每一個(gè)接口都有它對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。接口又分為HUB的接口和USB設(shè)備的接口。

1、如果是HUB的接口：

HUB不同于設(shè)備，它除了有設(shè)備描述符外還有它獨(dú)有的HUB描述符。有管理HUB的結(jié)構(gòu)體structusb_hub。為配置HUB，填充HUB結(jié)構(gòu)體usb_hub內(nèi)核又創(chuàng)建了HUB驅(qū)動(dòng)hub_driver。一旦有新的HUB插入，驅(qū)動(dòng)hub_driver都會(huì)與新HUB的接口相匹配，而后調(diào)用函數(shù)hub_probe。在函數(shù)hub_probe中位HUB結(jié)構(gòu)體分配內(nèi)存usb_hub，并調(diào)用函數(shù)hub_configure獲取HUB描述符，配置HUB。在函數(shù)hub_configure中調(diào)用函數(shù)get_hub_descriptor獲取HUB描述符，對(duì)HUB的一些參數(shù)進(jìn)行合理性檢測(cè)和配置。然后創(chuàng)建了一個(gè)URB，將該URB初始化為一個(gè)中斷URBusb_fill_int_urb(hub->urb,hdev,pipe,*hub->buffer,maxp,hub_irq,hub,endpoint->bInterval);，中斷回調(diào)函數(shù)為hub_irq。該中斷URB的作用后面再述。最后調(diào)用函數(shù)hub_activate激活該HUB。一個(gè)HUB可能有多個(gè)端口，用于插入U(xiǎn)SB設(shè)備，在函數(shù)hub_activate中對(duì)該HUB上所有端口的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并標(biāo)記各端口上的變化hub->change_bits。最后提交中斷URB，usb_submit_urb(hub->urb,GFP_NOIO)，喚醒內(nèi)核線程kick_khubd(hub)（下面論述）。

到此USB主控制器，root_hub都已添加到內(nèi)核，整個(gè)USB系統(tǒng)都正常的工作了起來，只等著USB設(shè)備插入HUB端口。

2、如果是設(shè)備的接口：

一個(gè)USB設(shè)備可能有多個(gè)接口，一個(gè)接口代表了一個(gè)基本功能，每個(gè)USB驅(qū)動(dòng)程序控制一個(gè)接口。這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)即是驅(qū)動(dòng)編寫者的主要工作。這個(gè)接口設(shè)備與相應(yīng)驅(qū)動(dòng)匹配后調(diào)用probe函數(shù)，做相應(yīng)的初始化設(shè)備模型建立等工作。。。。。。

到此一個(gè)插入HUB的USB設(shè)備也就可以正常工作了。

關(guān)于內(nèi)核線程：

在注冊(cè)HUB驅(qū)動(dòng)usb_register(&hub_driver)的同時(shí)，也創(chuàng)建了一個(gè)內(nèi)核線程

khubd_task=kthread_run(hub_thread,NULL,"khubd")。該線程的工作是，當(dāng)HUB的端口上有變化時(shí)，該線程被喚醒去處理這些變化。在正常情況下該線程是出于睡眠狀態(tài)的。此時(shí)鏈表hub_event_list上沒有待處理的HUB。那么線程何時(shí)被喚醒？在HUB被創(chuàng)建時(shí)在函數(shù)hub_configure中會(huì)創(chuàng)建一個(gè)中斷URB，并在HUB激活的函數(shù)hub_activate中提交該HUB。這個(gè)URB會(huì)定時(shí)獲取HUB的狀態(tài)，一旦HUB端口上的狀態(tài)發(fā)生變化，會(huì)在URB回調(diào)函數(shù)hub_irq中標(biāo)記這一變化hub->event_bits[0]=bits，并調(diào)用kick_khubd(hub)將有變化的HUB結(jié)構(gòu)體添加到鏈表hub_event_list，喚醒內(nèi)核線程。

這種變化可能是復(fù)位，電磁干擾，有設(shè)備插入HUB端口或拔下等等。我們想要看到的當(dāng)然是HUB端口連接的變化。為處理這種變化線程調(diào)用函數(shù)hub_events。在函數(shù)hub_events中調(diào)用函數(shù)hub_port_status(hub,i,&portstatus,&portchange);來獲取端口的狀態(tài)。對(duì)這些變化進(jìn)行判斷，設(shè)置變化標(biāo)志，然后調(diào)用函數(shù)hub_port_connect_change進(jìn)行處理。在函數(shù)hub_port_connect_change中確定具體的變化類型，并作相應(yīng)的處理。如果有設(shè)備插入HUB端口，為該設(shè)備建立設(shè)備模型。插入HUB端口的無論是另一個(gè)HUB還是一個(gè)USB設(shè)備在內(nèi)核中都有一個(gè)usb_device結(jié)構(gòu)，都會(huì)調(diào)用函數(shù)usb_alloc_dev為該結(jié)構(gòu)分配存儲(chǔ)空間。

調(diào)用函數(shù)hub_port_init(hub,udev,port1,i)復(fù)位該設(shè)備，并獲取其設(shè)備描述符。然后調(diào)用函數(shù)usb_new_device(udev)獲取配置描述符，接口描述符，端點(diǎn)描述符，并將該設(shè)備添加到內(nèi)核。然后是匹配USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)usb_generic_driver調(diào)用函數(shù)generic_probe，配置該USB設(shè)備，初始化設(shè)備接口添加到內(nèi)核。接下來是該USB設(shè)備每一個(gè)接口與其對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)的匹配。如果該USB設(shè)備是HUB則匹配驅(qū)動(dòng)hub_driver，調(diào)用函數(shù)hub_probe，建立HUB模型。如果是設(shè)備則匹配其相應(yīng)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于這些工作上面已有論述。