linux usb 总线驱动（二）
作者：互联网
原文：https://blog.csdn.net/weiqing1981127/article/details/8215708
2.USB鼠标驱动 usbmouse.c
下面我们分析下USB鼠标驱动，鼠标输入HID类型，其数据传输采用中断URB，鼠标端点类型为IN。好了，我们先看看这个驱动的模块加载部分。
static int __init usb_mouse_init(void)
{
int retval = usb_register(&usb_mouse_driver);
if (retval == 0)
printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_VERSION ":"
DRIVER_DESC "\n");
return retval;
}
模块加载部分仍然是调用usb_register注册USB驱动，我们跟踪看看被注册的usb_mouse_driver
static struct usb_driver usb_mouse_driver = {
.name = "usbmouse", //驱动名
.probe = usb_mouse_probe, //探测
.disconnect = usb_mouse_disconnect,
.id_table = usb_mouse_id_table, //支持项
};
关于设备支持项我们前面已经讨论过了
static struct usb_device_id usb_mouse_id_table [] = {
{USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
{ }
};
再细细看看USB_INTERFACE_INFO宏的定义
#define USB_INTERFACE_INFO(cl, sc, pr) \
.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, \
.bInterfaceClass = (cl), \
.bInterfaceSubClass = (sc), \
.bInterfaceProtocol = (pr)
根据宏，我们知道，我们设置的支持项包括接口类，接口子类，接口协议三个匹配项。
好了，我们主要看看usb_driver中定义的probe函数
static int usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); //由接口获取usb_device
struct usb_host_interface *interface; //设置
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint; //端点描述符
struct usb_mouse *mouse //本驱动私有结构体
struct input_dev *input_dev; //输入结构体
int pipe, maxp;
int error = -ENOMEM;
interface = intf->cur_altsetting; //获取设置
if (interface->desc.bNumEndpoints != 1) //鼠标端点只有1个
return -ENODEV;
endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //获得端点描述符
if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint)) //检查该端点是否是中断输入端点
return -ENODEV;
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //建立中断输入端点
//返回端点能传输的最大的数据包，鼠标的返回的最大数据包为4个字节
maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));
mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL); //分配mouse结构体
input_dev = input_allocate_device(); //分配input设备空间
if (!mouse || !input_dev)
goto fail1;
mouse->data = usb_buffer_alloc(dev, 8, GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma); //分配缓冲区
if (!mouse->data)
goto fail1;
mouse->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); //分配urb
if (!mouse->irq)
goto fail2;
mouse->usbdev = dev; //填充mouse的usb_device结构体
mouse->dev = input_dev; //填充mouse的 input结构体
if (dev->manufacturer) //拷贝厂商ID
strlcpy(mouse->name, dev->manufacturer, sizeof(mouse->name));
if (dev->product) { //拷贝产品ID
if (dev->manufacturer)
strlcat(mouse->name, " ", sizeof(mouse->name));
strlcat(mouse->name, dev->product, sizeof(mouse->name));
}
if (!strlen(mouse->name)) //拷贝产品ID
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(dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys));
strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys));
input_dev->name = mouse->name; //将鼠标名赋给内嵌input结构体
input_dev->phys = mouse->phys; //将鼠标设备节点名赋给内嵌input结构体
usb_to_input_id(dev, &input_dev->id); //将usb_driver的支持项拷贝给input
input_dev->dev.parent = &intf->dev;
//evbit表明支持按键事件(EV_KEY)和相对坐标事件(EV_REL)
input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REL);
//keybit表明按键值包括左键、右键和中键
input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] = BIT_MASK(BTN_LEFT) |
BIT_MASK(BTN_RIGHT) | BIT_MASK(BTN_MIDDLE);
//relbit表明相对坐标事件值包括X坐标和Y坐标
input_dev->relbit[0] = BIT_MASK(REL_X) | BIT_MASK(REL_Y);
//keybit表明除了左键、右键和中键，还支持其他按键
input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] |= BIT_MASK(BTN_SIDE) |
BIT_MASK(BTN_EXTRA);
//relbit表明除了X坐标和Y坐标，还支持中键滚轮的滚动值
input_dev->relbit[0] |= BIT_MASK(REL_WHEEL);
input_set_drvdata(input_dev, mouse); //将mouse设置为input的私有数据
input_dev->open = usb_mouse_open; //input设备的open
input_dev->close = usb_mouse_close;
usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data, (maxp > 8 ? 8 : maxp),
usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval); //填充urb
mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;
mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; //使用transfer_dma
error = input_register_device(mouse->dev); //注册input设备
if (error)
goto fail3;
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;
}
其实上面这个probe主要是初始化usb设备和input设备，终极目标是为了完成urb的提交和input设备的注册。由于注册为input设备类型，那么当用户层open打开设备时候，最终会调用input中的open实现打开，我们看看input中open的实现
static int usb_mouse_open(struct input_dev *dev)
{
struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev); //获取私有数据
mouse->irq->dev = mouse->usbdev; //获取urb指针
if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL)) //提交urb
return -EIO;
return 0;
}
好了，当用户层open打开这个USB鼠标后，我们就已经将urb提交给了USB核心，那么根据USB数据处理流程知道，当处理完毕后，USB核心会通知USB设备驱动程序，这里我们是响应中断服务程序，这就相当于该URB的回调函数。我们在提交urb时候定义了中断服务程序usb_mouse_irq，我们跟踪看看
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;
switch (urb->status) {
case 0: //成功
break;
case -ECONNRESET: //未连接
case -ENOENT:
case -ESHUTDOWN:
return;
default:
goto resubmit; //数据处理没成功，重新提交urb
}
input_report_key(dev, BTN_LEFT, data[0] & 0x01); //鼠标左键
input_report_key(dev, BTN_RIGHT, data[0] & 0x02); //鼠标右键
input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, data[0] & 0x04); //鼠标中键
input_report_key(dev, BTN_SIDE, data[0] & 0x08); //鼠标SIDE
input_report_key(dev, BTN_EXTRA, data[0] & 0x10); //鼠标EXTRA
input_report_rel(dev, REL_X, data[1]); //鼠标的水平位移
input_report_rel(dev, REL_Y, data[2]); //鼠标的垂直位移
input_report_rel(dev, REL_WHEEL, data[3]); //鼠标的滚轮滚动值
input_sync(dev);
resubmit:
status = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); //再次提交urb，等待下次响应
if (status)
err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
mouse->usbdev->bus->bus_name,
mouse->usbdev->devpath, status);
}
根据上面的中断服务程序，我们应该知道，系统是周期性地获取鼠标的事件信息，因此在URB回调函数的末尾再次提交URB请求块，这样又会调用新的回调函数，周而复始。在回调函数中提交URB只能是GFP_ATOMIC优先级，因为URB回调函数运行于中断上下文中禁止导致睡眠的行为。而在提交URB过程中可能会需要申请内存、保持信号量，这些操作或许会导致USB内核睡眠。
最后我们再看看这个驱动的私有数据mouse的定义
struct usb_mouse {
char name[128]; //名字
char phys[64]; //设备节点
struct usb_device *usbdev; //内嵌usb_device设备
struct input_dev *dev; //内嵌input_dev设备
struct urb *irq; //urb结构体
signed char *data; //transfer_buffer缓冲区
dma_addr_t data_dma; // transfer _dma缓冲区
};
在上面这个结构体中，每一个成员的作用都应该很清楚了，尤其最后两个的使用区别和作用，前面也已经说过。
如果最终需要测试这个USB鼠标驱动，需要在内核中配置USB支持、对HID接口的支持、对OHCI HCD驱动的支持。另外，将驱动移植到开发板之后，由于采用的是input设备模型，所以还需要开发板带LCD屏才能测试。
3.USB键盘驱动usbkbd.c
跟USB鼠标类型，USB键盘也属于HID类型，代码在/dirver/hid/usbhid/usbkbd.c下。USB键盘除了提交中断URB外，还需要提交控制URB。不多话，我们看代码
static int __init usb_kbd_init(void)
{
int result = usb_register(&usb_kbd_driver); //注册USB驱动
if (result == 0)
printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_VERSION ":"
DRIVER_DESC "\n");
return result;
}
static struct usb_driver usb_kbd_driver = {
.name = "usbkbd",
.probe = usb_kbd_probe,
.disconnect = usb_kbd_disconnect,
.id_table = usb_kbd_id_table,
};
大家都懂，下面跟踪usb_driver中的probe
static int usb_kbd_probe(struct usb_interface *iface,
const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(iface); //由接口获得设备
struct usb_host_interface *interface; //设置
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint; //端点描述符
struct usb_kbd *kbd; //私有数据
struct input_dev *input_dev; //input设备
int i, pipe, maxp;
int error = -ENOMEM;
interface = iface->cur_altsetting; //获得设置
if (interface->desc.bNumEndpoints != 1) //只有一个端点
return -ENODEV;
endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //获取端点描述符
if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint)) //端点必须是中断输入端点
return -ENODEV;
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //建立中断输入端点
maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe)); //获取返回字节大小
kbd = kzalloc(sizeof(struct usb_kbd), GFP_KERNEL); //分配私有数据空间
input_dev = input_allocate_device(); //分配input设备空间
if (!kbd || !input_dev)
goto fail1;
if (usb_kbd_alloc_mem(dev, kbd)) //分配urb空间和其他缓冲空间
goto fail2;
kbd->usbdev = dev; //给内嵌结构体赋值
kbd->dev = input_dev; //给内嵌结构体赋值
if (dev->manufacturer)
strlcpy(kbd->name, dev->manufacturer, sizeof(kbd->name));
if (dev->product) {
if (dev->manufacturer)
strlcat(kbd->name, " ", sizeof(kbd->name));
strlcat(kbd->name, dev->product, sizeof(kbd->name));
}
if (!strlen(kbd->name))
snprintf(kbd->name, sizeof(kbd->name),
"USB HIDBP Keyboard %04x:%04x",
le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));
usb_make_path(dev, kbd->phys, sizeof(kbd->phys));
strlcpy(kbd->phys, "/input0", sizeof(kbd->phys));
input_dev->name = kbd->name;
input_dev->phys = kbd->phys;
usb_to_input_id(dev, &input_dev->id); //复制usb_driver的支持项给input的支持项
input_dev->dev.parent = &iface->dev;
input_set_drvdata(input_dev, kbd); //将kbd设置为input的私有数据
input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_LED) |
BIT_MASK(EV_REP);
input_dev->ledbit[0] = BIT_MASK(LED_NUML) | BIT_MASK(LED_CAPSL) |
BIT_MASK(LED_SCROLLL) | BIT_MASK(LED_COMPOSE) |
BIT_MASK(LED_KANA);
for (i = 0; i < 255; i++)
set_bit(usb_kbd_keycode[i], input_dev->keybit);
clear_bit(0, input_dev->keybit);
input_dev->event = usb_kbd_event; //定义event函数
input_dev->open = usb_kbd_open;
input_dev->close = usb_kbd_close;
usb_fill_int_urb(kbd->irq, dev, pipe,kbd->new, (maxp > 8 ? 8 : maxp),
usb_kbd_irq, kbd, endpoint->bInterval); //填充中断urb
kbd->irq->transfer_dma = kbd->new_dma;
kbd->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; //dma方式传输
kbd->cr->bRequestType = USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE;
kbd->cr->bRequest = 0x09; //设置控制请求的格式
kbd->cr->wValue = cpu_to_le16(0x200);
kbd->cr->wIndex = cpu_to_le16(interface->desc.bInterfaceNumber);
kbd->cr->wLength = cpu_to_le16(1);
usb_fill_control_urb(kbd->led, dev, usb_sndctrlpipe(dev, 0), (void *) kbd->cr, kbd->leds, 1,
usb_kbd_led, kbd); //填充控制urb
kbd->led->setup_dma = kbd->cr_dma;
kbd->led->transfer_dma = kbd->leds_dma;
kbd->led->transfer_flags |= (URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP | URB_NO_SETUP_DMA_MAP); //设置dma和setup_dma有效
error = input_register_device(kbd->dev); //注册input设备
if (error)
goto fail2;
usb_set_intfdata(iface, kbd);
return 0;
fail2:
usb_kbd_free_mem(dev, kbd);
fail1:
input_free_device(input_dev);
kfree(kbd);
return error;
}
在上面的probe中，我们主要是初始化一些结构体，然后提交中断urb和控制urb，并注册input设备。其中有几个地方需要细看下，其一，usb_kbd_alloc_mem的实现。其二，设置控制请求的格式。
先来看看usb_kbd_alloc_mem的实现
static int usb_kbd_alloc_mem(struct usb_device *dev, struct usb_kbd *kbd)
{
if (!(kbd->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL))) //分配中断urb
return -1;
if (!(kbd->led = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL))) //分配控制urb
return -1;
if (!(kbd->new = usb_buffer_alloc(dev, 8, GFP_ATOMIC, &kbd->new_dma))) return -1;
if (!(kbd->cr = usb_buffer_alloc(dev, sizeof(struct usb_ctrlrequest), GFP_ATOMIC, &kbd->cr_dma))) //分配控制urb使用的控制请求描述符
return -1;
if (!(kbd->leds = usb_buffer_alloc(dev, 1, GFP_ATOMIC, &kbd->leds_dma)))
return -1; //分配中断urb使用的缓冲区
return 0;
}
这里我们需要明白中断urb和控制urb需要分配不同的urb结构体，同时在提交urb之前，需要填充的内容也不同，中断urb填充的是缓冲区和中断处理函数，控制urb填充的是控制请求描述符合回调函数。
好了，接着我们解决第二个问题，设置控制请求的格式。cr是struct usb_ctrlrequest结构的指针，USB协议中规定一个控制请求的格式为一个8个字节的数据包，其定义如下
struct usb_ctrlrequest {
__u8 bRequestType; //设定传输方向、请求类型等
__u8 bRequest; //指定哪个请求，可以是规定的标准值也可以是厂家定义的值
__le16 wValue; //即将写到寄存器的数据
__le16 wIndex; //接口数量，也就是寄存器的偏移地址
__le16 wLength; //数据传输阶段传输多少个字节
} __attribute__ ((packed));
USB协议中规定，所有的USB设备都会响应主机的一些请求，这些请求来自USB主机控制器，主机控制器通过设备的默认控制管道发出这些请求。默认的管道为0号端口对应的那个管道。
同样这个input设备首先由用户层调用open函数，所以先看看input中定义的open
static int usb_kbd_open(struct input_dev *dev)
{
struct usb_kbd *kbd = input_get_drvdata(dev);
kbd->irq->dev = kbd->usbdev;
if (usb_submit_urb(kbd->irq, GFP_KERNEL)) //提交中断urb
return -EIO;
return 0;
}
因为这个驱动里面有一个中断urb一个控制urb，我们先看中断urb的处理流程。中断urb在input的open中被提交后，当USB核心处理完毕，会通知这个USB设备驱动，然后执行回调函数，也就是中断处理函数usb_kbd_irq
static void usb_kbd_irq(struct urb *urb)
{
struct usb_kbd *kbd = urb->context;
int i;
switch (urb->status) {
case 0: //成功
break;
case -ECONNRESET: //未连接
case -ENOENT:
case -ESHUTDOWN:
return;
default:
goto resubmit; //出错就再次提交中断urb
}
for (i = 0; i < 8; i++) //向input子系统报告
input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1);
for (i = 2; i < 8; i++) {
if (kbd->old[i] > 3 && memscan(kbd->new + 2, kbd->old[i], 6) == kbd->new + 8) {
if (usb_kbd_keycode[kbd->old[i]])
input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->old[i]], 0);
else
dev_info(&urb->dev->dev,
"Unknown key (scancode %#x) released.\n", kbd->old[i]);
}
if (kbd->new[i] > 3 && memscan(kbd->old + 2, kbd->new[i], 6) == kbd->old + 8) {
if (usb_kbd_keycode[kbd->new[i]])
input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->new[i]], 1);
else
dev_info(&urb->dev->dev,
"Unknown key (scancode %#x) released.\n", kbd->new[i]);
}
}
input_sync(kbd->dev);
memcpy(kbd->old, kbd->new, 8);
resubmit:
i = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); //再次提交中断urb
if (i)
err_hid ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
kbd->usbdev->bus->bus_name,
kbd->usbdev->devpath, i);
}
这个就是中断urb的处理流程，跟前面讲的的USB鼠标中断处理流程类似。好了，我们再来看看剩下的控制urb处理流程吧。
我们有个疑问，我们知道在probe中，我们填充了中断urb和控制urb，但是在input的open中，我们只提交了中断urb，那么控制urb什么时候提交呢？
我们知道对于input子系统，如果有事件被响应，我们会调用事件处理层的event函数，而该函数最终调用的是input下的event。所以，对于input设备，我们在USB键盘驱动中只设置了支持LED选项，也就是ledbit项，这是怎么回事呢？刚才我们分析的那个中断urb其实跟这个input基本没啥关系，中断urb并不是像讲键盘input实现的那样属于input下的中断。我们在USB键盘驱动中的input子系统中只设计了LED选项，那么当input子系统有按键选项的时候必然会使得内核调用调用事件处理层的event函数，最终调用input下的event。好了，那我们来看看input下的event干了些什么。
static int usb_kbd_event(struct input_dev *dev, unsigned int type,
unsigned int code, int value)
{
struct usb_kbd *kbd = input_get_drvdata(dev);
if (type != EV_LED) //不是LED事件就返回
return -1;
//将当前的LED值保存在kbd->newleds中
kbd->newleds = (!!test_bit(LED_KANA, dev->led) << 3) | (!!test_bit(LED_COMPOSE, dev->led) << 3) | (!!test_bit(LED_SCROLLL, dev->led) << 2) | (!!test_bit(LED_CAPSL, dev->led) << 1) |(!!test_bit(LED_NUML, dev->led));
if (kbd->led->status == -EINPROGRESS)
return 0;
if (*(kbd->leds) == kbd->newleds)
return 0;
*(kbd->leds) = kbd->newleds;
kbd->led->dev = kbd->usbdev;
if (usb_submit_urb(kbd->led, GFP_ATOMIC)) //提交控制urb
err_hid("usb_submit_urb(leds) failed");
return 0;
}
当在input的event里提交了控制urb后，经过URB处理流程，最后返回给USB设备驱动的回调函数，也就是在probe中定义的usb_kbd_led
static void usb_kbd_led(struct urb *urb)
{
struct usb_kbd *kbd = urb->context;
if (urb->status) //提交失败显示
dev_warn(&urb->dev->dev, "led urb status %d received\n",
urb->status);
//比较kbd->leds和kbd->newleds，如果发生变化，则更新kbd->leds
if (*(kbd->leds) == kbd->newleds)
return;
*(kbd->leds) = kbd->newleds;
kbd->led->dev = kbd->usbdev;
if (usb_submit_urb(kbd->led, GFP_ATOMIC)) //再次提交控制urb
err_hid("usb_submit_urb(leds) failed");
}
总结下，我们的控制urb走的是先由input的event提交，触发后由控制urb的回调函数再次提交。好了，通过USB鼠标，我们已经知道了控制urb和中断urb的设计和处理流程
标签：usb,urb,总线,dev,kbd,linux,input,mouse 来源： https://blog.csdn.net/qq_16173531/article/details/90264919