usb驅(qū)動(dòng)分為通過usbfs操作設(shè)備的用戶空間驅(qū)動(dòng)，內(nèi)核空間的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)。兩者不能同時(shí)進(jìn)行，否則容易引發(fā)對(duì)共享資源訪問的問題，死鎖！使用了內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，就不能在usbfs里驅(qū)動(dòng)該設(shè)備。

初次接觸與OS相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫，感覺還挺有意思的，為了不至于忘掉看過的東西，筆記跟總結(jié)當(dāng)然不可缺，更何況我決定為嵌入式賣命了。好，言歸正傳，我說一說這段時(shí)間的收獲，跟大家分享一下Linux的驅(qū)動(dòng)開發(fā)。但這次只先針對(duì)Linux的USB子系統(tǒng)作分析，因?yàn)橹芪逖杏懤习宕哓?。?dāng)然，還會(huì)順帶提一下其他的驅(qū)動(dòng)程序?qū)懛ā?br /> 事實(shí)上，Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)都遵循一個(gè)慣例--表征驅(qū)動(dòng)程序（用driver更貼切一些，應(yīng)該稱為驅(qū)動(dòng)器比較好吧）的結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體里面應(yīng)該包含了驅(qū)動(dòng)程序所需要的所有資源。用術(shù)語來說，就是這個(gè)驅(qū)動(dòng)器對(duì)象所擁有的屬性及成員。由于Linux的內(nèi)核用c來編寫，所以我們也按照這種結(jié)構(gòu)化的思想來分析代碼，但我還是希望從OO的角度來闡述這些細(xì)節(jié)。這個(gè)結(jié)構(gòu)體的名字有驅(qū)動(dòng)開發(fā)人員決定，比如說，鼠標(biāo)可能有一個(gè)叫做mouse_dev的struct，鍵盤可能由一個(gè)keyboard_dev的struct（dev for device，我們做的只是設(shè)備驅(qū)動(dòng)）。而這次我們來分析一下Linux內(nèi)核源碼中的一個(gè)usb-skeleton（就是usb驅(qū)動(dòng)的骨架咯），自然，他定義的設(shè)備結(jié)構(gòu)體就叫做usb-skel：

/* Structure to hold all of our device specific stuff */struct usb_skel { struct usb_device *udev; /* the usb device for this device */ struct usb_interface *interface; /* the interface for this device */ struct semaphore limit_sem; /* limiting the number of writes in progress */ struct usb_anchor submitted; /* in case we need to retract our submissions */ struct urb *bulk_in_urb; /* the urb to read data with */ unsigned char *bulk_in_buffer; /* the buffer to receive data */ size_t bulk_in_size; /* the size of the receive buffer */ size_t bulk_in_filled; /* number of bytes in the buffer */ size_t bulk_in_copied; /* already copied to user space */ __u8 bulk_in_endpointAddr; /* the address of the bulk in endpoint */ __u8 bulk_out_endpointAddr; /* the address of the bulk out endpoint */ int errors; /* the last request tanked */ int open_count; /* count the number of openers */ bool ongoing_read; /* a read is going on */ bool processed_urb; /* indicates we haven't processed the urb */ spinlock_t err_lock; /* lock for errors */ struct kref kref; struct mutex io_mutex; /* synchronize I/O with disconnect */ struct completion bulk_in_completion; /* to wait for an ongoing read */};

這里我們得補(bǔ)充說明一下一些USB的協(xié)議規(guī)范細(xì)節(jié)。USB能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，并調(diào)用相應(yīng)得驅(qū)動(dòng)程序處理設(shè)備，所以其規(guī)范實(shí)際上是相當(dāng)復(fù)雜的，幸好，我們不必理會(huì)大部分細(xì)節(jié)問題，因?yàn)長(zhǎng)inux已經(jīng)提供相應(yīng)的解決方案。就我現(xiàn)在的理解來說，USB的驅(qū)動(dòng)分為兩塊，一塊是USB的bus驅(qū)動(dòng)，這個(gè)東西，Linux內(nèi)核已經(jīng)做好了，我們可以不管，但我們至少要了解他的功能。形象得說，USB的bus驅(qū)動(dòng)相當(dāng)于鋪出一條路來，讓所有的信息都可以通過這條USB通道到達(dá)該到的地方，這部分工作由usb_core來完成。當(dāng)USB設(shè)備接到USB控制器接口時(shí)，usb_core就檢測(cè)該設(shè)備的一些信息，例如生產(chǎn)廠商ID和產(chǎn)品的ID，或者是設(shè)備所屬的class、subclass跟protocol，以便確定應(yīng)該調(diào)用哪一個(gè)驅(qū)動(dòng)處理該設(shè)備。里面復(fù)雜細(xì)節(jié)我們不用管，我們要做的是另一塊工作--usb的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。也就是說，我們就等著usb_core告訴我們要工作了，我們才工作。
從開發(fā)人員的角度看，每一個(gè)usb設(shè)備有若干個(gè)配置(configuration)組成，每個(gè)配置又可以有多個(gè)接口(interface)，每個(gè)接口又有多個(gè)設(shè)置(setting圖中沒有給出)，而接口本身可能沒有端點(diǎn)或者多個(gè)端點(diǎn)（end point）。USB的數(shù)據(jù)交換通過端點(diǎn)來進(jìn)行，主機(jī)與各個(gè)端點(diǎn)之間建立起單向的管道來傳輸數(shù)據(jù)。而這些接口可以分為四類：

控制（control）
用于配置設(shè)備、獲取設(shè)備信息、發(fā)送命令或者獲取設(shè)備的狀態(tài)報(bào)告
中斷（interrupt）
當(dāng)USB宿主要求設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，中斷端點(diǎn)會(huì)以一個(gè)固定的速率傳送少量數(shù)據(jù)，還用于發(fā)送數(shù)據(jù)到USB設(shè)備以控制設(shè)備，一般不用于傳送大量數(shù)據(jù)。
批量（bulk）
用于大量數(shù)據(jù)的可靠傳輸，如果總線上的空間不足以發(fā)送整個(gè)批量包，它會(huì)被分割成多個(gè)包傳輸。
等時(shí)（isochronous）
大量數(shù)據(jù)的不可靠傳輸，不保證數(shù)據(jù)的到達(dá)，但保證恒定的數(shù)據(jù)流，多用于數(shù)據(jù)采集。

Linux中用struct?usb_host_endpoint來描述USB端點(diǎn)，每個(gè)usb_host_endpoint中包含一個(gè)struct?usb_endpoint_descriptor結(jié)構(gòu)體，當(dāng)中包含該端點(diǎn)的信息以及設(shè)備自定義的各種信息，這些信息包括：

/* USB_DT_ENDPOINT: Endpoint descriptor */struct usb_endpoint_descriptor { /*結(jié)構(gòu)體大小*/ __u8 bLength; /*描述符類型 USB_DT_DEVICE、USB_DT_CONFIG、USB_DT_STRING、USB_DT_INTERFACE、USB_DT_ENDPOINT等等*/*/ __u8 bDescriptorType; /*(8位端點(diǎn)地址，其地址還隱藏了端點(diǎn)方向的信息（之前說過，端點(diǎn)是單向的），可以用掩碼USB_DIR_OUT和USB_DIR_IN來確定。*/ __u8 bEndpointAddress /*端點(diǎn)的類型，結(jié)合USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK可以確定端點(diǎn)是USB_ENDPOINT_XFER_ISOC（等時(shí)）、USB_ENDPOINT_XFER_BULK（批量）還是USB_ENDPOINT_XFER_INT（中斷）。*/ __u8 bmAttributes; //端點(diǎn)一次處理的最大字節(jié)數(shù)。發(fā)送的BULK包可以大于這個(gè)數(shù)值，但會(huì)被分割傳送。 __le16 wMaxPacketSize; /*如果端點(diǎn)是中斷類型，該值是端點(diǎn)的間隔設(shè)置，以毫秒為單位。在邏輯上，一個(gè)USB設(shè)備的功能劃分是通過接口來完成的。比如說一個(gè)USB揚(yáng)聲器，可能會(huì)包括有兩個(gè)接口：一個(gè)用于鍵盤控制，另外一個(gè)用于音頻流傳輸。而事實(shí)上，這種設(shè)備需要用到不同的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序來操作，一個(gè)控制鍵盤，一個(gè)控制音頻流。但也有例外，比如藍(lán)牙設(shè)備，要求有兩個(gè)接口，第一用于ACL跟EVENT的傳輸，另外一個(gè)用于SCO鏈路，但兩者通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制。在Linux上，接口使用struct usb_interface來描述，以下是該結(jié)構(gòu)體中比較重要的字段：*/ __u8 bInterval; /* NOTE: these two are _only_ in audio endpoints. */ /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */ __u8 bRefresh; __u8 bSynchAddress;} __attribute__ ((packed));

下面分析一下usb-skeleton的源碼。這個(gè)范例程序可以在linux-2.6.17/drivers/usb下找到，其他版本的內(nèi)核程序源碼可能有所不同，但相差不大。大家可以先找到源碼看一看，先有個(gè)整體印象。
之前已經(jīng)提到，模塊先要向內(nèi)核注冊(cè)初始化跟銷毀函數(shù)：

static int __init usb_skel_init(void){ int result; /* register this driver with the USB subsystem */ result = usb_register(&skel_driver); if (result) err("usb_register failed. Error number %d", result); return result;}static void __exit usb_skel_exit(void){ /* deregister this driver with the USB subsystem */ usb_deregister(&skel_driver);}

從代碼開來，這個(gè)init跟exit函數(shù)的作用只是用來注冊(cè)驅(qū)動(dòng)程序，這個(gè)描述驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)體是系統(tǒng)定義的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)struct usb_driver,注冊(cè)和注銷的方法很簡(jiǎn)單，usb_register（struct *usb_driver）, usb_deregister（struct *usb_driver）。

那這個(gè)結(jié)構(gòu)體需要做些什么呢？他要向系統(tǒng)提供幾個(gè)函數(shù)入口，跟驅(qū)動(dòng)的名字：

static struct usb_driver skel_driver = { .name = "skeleton", .probe = skel_probe, .disconnect = skel_disconnect, .suspend = skel_suspend, .resume = skel_resume, .pre_reset = skel_pre_reset, .post_reset = skel_post_reset, .id_table = skel_table, .supports_autosuspend = 1,};

從代碼看來，usb_driver需要初始化四個(gè)東西：模塊的名字skeleton，probe函數(shù)skel_probe,disconnect函數(shù)skel_disconnect,以及id_table。
在解釋skel_driver各個(gè)成員之前，我們先來看看另外一個(gè)結(jié)構(gòu)體。這個(gè)結(jié)構(gòu)體的名字有開發(fā)人員自定義，它描述的是該驅(qū)動(dòng)擁有的所有資源及狀態(tài)：

/* Structure to hold all of our device specific stuff */struct usb_skel { struct usb_device *udev; /* the usb device for this device */ struct usb_interface *interface; /* the interface for this device */ struct semaphore limit_sem; /* limiting the number of writes in progress */ struct usb_anchor submitted; /* in case we need to retract our submissions */ struct urb *bulk_in_urb; /* the urb to read data with */ unsigned char *bulk_in_buffer; /* the buffer to receive data */ size_t bulk_in_size; /* the size of the receive buffer */ size_t bulk_in_filled; /* number of bytes in the buffer */ size_t bulk_in_copied; /* already copied to user space */ __u8 bulk_in_endpointAddr; /* the address of the bulk in endpoint */ __u8 bulk_out_endpointAddr; /* the address of the bulk out endpoint */ int errors; /* the last request tanked */ int open_count; /* count the number of openers */ bool ongoing_read; /* a read is going on */ bool processed_urb; /* indicates we haven't processed the urb */ spinlock_t err_lock; /* lock for errors */ struct kref kref; struct mutex io_mutex; /* synchronize I/O with disconnect */ struct completion bulk_in_completion; /* to wait for an ongoing read */};

我們先來對(duì)這個(gè)usb_skel作個(gè)簡(jiǎn)單分析，他擁有一個(gè)描述usb設(shè)備的結(jié)構(gòu)體udev，一個(gè)接口interface，用于并發(fā)訪問控制的semaphore(信號(hào)量) limit_sem，用于接收數(shù)據(jù)的緩沖bulk_in_buffer及其尺寸bulk_in_size，然后是批量輸入輸出端口地址bulk_in_endpointAddr、bulk_out_endpointAddr，最后是一個(gè)內(nèi)核使用的引用計(jì)數(shù)器。他們的作用我們將在后面的代碼中看到。
我們?cè)倩剡^頭來看看skel_driver。
name用來告訴內(nèi)核模塊的名字是什么，這個(gè)注冊(cè)之后有系統(tǒng)來使用，跟我們關(guān)系不大。
id_table用來告訴內(nèi)核該模塊支持的設(shè)備。usb子系統(tǒng)通過設(shè)備的production ID和vendor ID的組合或者設(shè)備的class、subclass跟protocol的組合來識(shí)別設(shè)備，并調(diào)用相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序作處理。我們可以看看這個(gè)id_table到底是什么東西：

/* table of devices that work with this driver */static const struct usb_device_id skel_table[] = { { USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID) }, { } /* Terminating entry */};MODULE_DEVICE_TABLE(usb, skel_table);

MODULE_DEVICE_TABLE的第一個(gè)參數(shù)是設(shè)備的類型，如果是USB設(shè)備，那自然是usb（如果是PCI設(shè)備，那將是pci，這兩個(gè)子系統(tǒng)用同一個(gè)宏來注冊(cè)所支持的設(shè)備。這涉及PCI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)了，在此先不深究）。后面一個(gè)參數(shù)是設(shè)備表，這個(gè)設(shè)備表的最后一個(gè)元素是空的，用于標(biāo)識(shí)結(jié)束。代碼定義了USB_SKEL_VENDOR_ID是0xfff0，USB_SKEL_PRODUCT_ID是0xfff0，也就是說，當(dāng)有一個(gè)設(shè)備接到集線器時(shí)，usb子系統(tǒng)就會(huì)檢查這個(gè)設(shè)備的vendor ID和product ID，如果它們的值是0xfff0時(shí)，那么子系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用這個(gè)skeleton模塊作為設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。

probe是usb子系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用的一個(gè)函數(shù)，有USB設(shè)備接到硬件集線器時(shí)，usb子系統(tǒng)會(huì)根據(jù)production ID和vendor ID的組合或者設(shè)備的class、subclass跟protocol的組合來識(shí)別設(shè)備調(diào)用相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序的probe（探測(cè)）函數(shù)，對(duì)于skeleton來說，就是skel_probe。

系統(tǒng)會(huì)傳遞給探測(cè)函數(shù)一個(gè)usb_interface *跟一個(gè)struct usb_device_id *作為參數(shù)。他們分別是該USB設(shè)備的接口描述（一般會(huì)是該設(shè)備的第0號(hào)接口，該接口的默認(rèn)設(shè)置也是第0號(hào)設(shè)置）跟它的設(shè)備ID描述（包括Vendor ID、Production ID等）。

probe函數(shù)比較長(zhǎng)，我們分段來分析這個(gè)函數(shù)：

dev->udev = usb_get_dev(interface_to_usbdev(interface));dev->interface = interface;

在初始化了一些資源之后，可以看到第一個(gè)關(guān)鍵的函數(shù)調(diào)用--interface_to_usbdev。他從一個(gè)usb_interface來得到該接口所在設(shè)備的設(shè)備描述結(jié)構(gòu)。

本來，要得到一個(gè)usb_device只要用interface_to_usbdev就夠了，但因?yàn)橐黾訉?duì)該usb_device的引用計(jì)數(shù)，我們應(yīng)該在做一個(gè)usb_get_dev的操作，來增加引用計(jì)數(shù)，并在釋放設(shè)備時(shí)用usb_put_dev來減少引用計(jì)數(shù)。這里要解釋的是，該引用計(jì)數(shù)值是對(duì)該usb_device的計(jì)數(shù)，并不是對(duì)本模塊的計(jì)數(shù)，本模塊的計(jì)數(shù)要由kref來維護(hù)。所以，probe一開始就有初始化kref。事實(shí)上，kref_init操作不單只初始化kref，還將其置設(shè)成1。所以在出錯(cuò)處理代碼中有kref_put，它把kref的計(jì)數(shù)減1，如果kref計(jì)數(shù)已經(jīng)為0，那么kref會(huì)被釋放。kref_put的第二個(gè)參數(shù)是一個(gè)函數(shù)指針，指向一個(gè)清理函數(shù)。注意，該指針不能為空，或者kfree。該函數(shù)會(huì)在最后一個(gè)對(duì)kref的引用釋放時(shí)被調(diào)用（如果我的理解不準(zhǔn)確，請(qǐng)指正）。下面是內(nèi)核源碼中的一段注釋及代碼：

/*** kref_put - decrement refcount for object.* @kref: object.* @release: pointer to the function that will clean up the object when the* last reference to the object is released.* This pointer is required, and it is not acceptable to pass kfree* in as this function.** Decrement the refcount, and if 0, call release().* Return 1 if the object was removed, otherwise return 0. Beware, if this* function returns 0, you still can not count on the kref from remaining in* memory. Only use the return value if you want to see if the kref is now* gone, not present.*/int kref_put(struct kref *kref, void (*release)(struct kref *kref)){　　WARN_ON(release == NULL);　　WARN_ON(release == (void (*)(struct kref *))kfree);/** if current count is one, we are the last user and can release object* right now, avoiding an atomic operation on 'refcount'*/　　if ((atomic_read(&kref->refcount) == 1) ||　　　　(atomic_dec_and_test(&kref->refcount))) {　　　　release(kref);　　　　return 1;}return 0;}

當(dāng)我們執(zhí)行打開操作時(shí)，我們要增加kref的計(jì)數(shù)，我們可以用kref_get，來完成。所有對(duì)struct kref的操作都有內(nèi)核代碼確保其原子性。
得到了該usb_device之后，我們要對(duì)我們自定義的usb_skel各個(gè)狀態(tài)跟資源作初始化。這部分工作的任務(wù)主要是向usb_skel注冊(cè)該usb設(shè)備的端點(diǎn)。

這里可能要補(bǔ)充以下一些關(guān)于usb_interface_descriptor的知識(shí)，但因?yàn)閮?nèi)核源碼對(duì)該結(jié)構(gòu)體的注釋不多，所以只能靠個(gè)人猜測(cè)。在一個(gè)usb_host_interface結(jié)構(gòu)里面有一個(gè)usb_interface_descriptor叫做desc的成員，他應(yīng)該是用于描述該interface的一些屬性，其中bNumEndpoints是一個(gè)8位（b for byte）的數(shù)字，他代表了該接口的端點(diǎn)數(shù)。probe然后遍歷所有的端點(diǎn)，檢查他們的類型跟方向，注冊(cè)到usb_skel中。

/* set up the endpoint information */ /* use only the first bulk-in and bulk-out endpoints */ iface_desc = interface->cur_altsetting; for (i = 0; i < iface_desc->desc.bNumEndpoints; ++i) { endpoint = &iface_desc->endpoint[i].desc; if (!dev->bulk_in_endpointAddr && usb_endpoint_is_bulk_in(endpoint)) { /* we found a bulk in endpoint */ buffer_size = le16_to_cpu(endpoint->wMaxPacketSize); dev->bulk_in_size = buffer_size; dev->bulk_in_endpointAddr = endpoint->bEndpointAddress; dev->bulk_in_buffer = kmalloc(buffer_size, GFP_KERNEL); if (!dev->bulk_in_buffer) { err("Could not allocate bulk_in_buffer"); goto error; } dev->bulk_in_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); if (!dev->bulk_in_urb) { err("Could not allocate bulk_in_urb"); goto error; } } if (!dev->bulk_out_endpointAddr && usb_endpoint_is_bulk_out(endpoint)) { /* we found a bulk out endpoint */ dev->bulk_out_endpointAddr = endpoint->bEndpointAddress; } } if (!(dev->bulk_in_endpointAddr && dev->bulk_out_endpointAddr)) { err("Could not find both bulk-in and bulk-out endpoints"); goto error; }

接下來的工作是向系統(tǒng)注冊(cè)一些以后會(huì)用的的信息。

首先我們來說明一下usb_set_intfdata()，他向內(nèi)核注冊(cè)一個(gè)data，這個(gè)data的結(jié)構(gòu)可以是任意的，這段程序向內(nèi)核注冊(cè)了一個(gè)usb_skel結(jié)構(gòu)，就是我們剛剛看到的被初始化的那個(gè)，這個(gè)data可以在以后用usb_get_intfdata來得到。

/* save our data pointer in this interface device */ usb_set_intfdata(interface, dev); /* we can register the device now, as it is ready */ retval = usb_register_dev(interface, &skel_class); if (retval) { /* something prevented us from registering this driver */ err("Not able to get a minor for this device."); usb_set_intfdata(interface, NULL); goto error; }

然后我們向這個(gè)interface注冊(cè)一個(gè)skel_class結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)又是什么？我們就來看看這到底是個(gè)什么東西：

/** * struct usb_class_driver - identifies a USB driver that wants to use the USB major number * @name: the usb class device name for this driver. Will show up in sysfs. * @devnode: Callback to provide a naming hint for a possible * device node to create. * @fops: pointer to the struct file_operations of this driver. * @minor_base: the start of the minor range for this driver. * * This structure is used for the usb_register_dev() and * usb_unregister_dev() functions, to consolidate a number of the * parameters used for them. */struct usb_class_driver { char *name; char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode); const struct file_operations *fops; int minor_base;};

它其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)定義的結(jié)構(gòu)，里面包含了一名字、一個(gè)文件操作結(jié)構(gòu)體還有一個(gè)次設(shè)備號(hào)的基準(zhǔn)值。事實(shí)上它才是定義 真正完成對(duì)設(shè)備IO操作的函數(shù)。所以他的核心內(nèi)容應(yīng)該是skel_fops。

這里補(bǔ)充一些我個(gè)人的估計(jì)：因?yàn)閡sb設(shè)備可以有多個(gè)interface，每個(gè)interface所定義的IO操作可能不一樣，所以向系統(tǒng)注冊(cè)的usb_class_driver要求注冊(cè)到某一個(gè)interface，而不是device，因此，usb_register_dev的第一個(gè)參數(shù)才是interface，而第二個(gè)參數(shù)就是某一個(gè)usb_class_driver。通常情況下，linux系統(tǒng)用主設(shè)備號(hào)來識(shí)別某類設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，用次設(shè)備號(hào)管理識(shí)別具體的設(shè)備，驅(qū)動(dòng)程序可以依照次設(shè)備號(hào)來區(qū)分不同的設(shè)備，所以，這里的次設(shè)備好其實(shí)是用來管理不同的interface的，但由于這個(gè)范例只有一個(gè)interface，在代碼上無法求證這個(gè)猜想。

static const struct file_operations skel_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = skel_read, .write = skel_write, .open = skel_open, .release = skel_release, .flush = skel_flush, .llseek = noop_llseek,};

這個(gè)文件操作結(jié)構(gòu)中定義了對(duì)設(shè)備的讀寫、打開、釋放（USB設(shè)備通常使用這個(gè)術(shù)語release）。他們都是函數(shù)指針，分別指向skel_read、skel_write、skel_open、skel_release這四個(gè)函數(shù)，這四個(gè)函數(shù)應(yīng)該有開發(fā)人員自己實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)設(shè)備被拔出集線器時(shí)，usb子系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地調(diào)用disconnect，他做的事情不多，最重要的是注銷class_driver（交還次設(shè)備號(hào)）和interface的data:

dev = usb_get_intfdata(interface); usb_set_intfdata(interface, NULL); /* give back our minor */ usb_deregister_dev(interface, &skel_class);

然后他會(huì)用kref_put(&dev->kref, skel_delete)進(jìn)行清理，kref_put的細(xì)節(jié)參見前文。

到目前為止，我們已經(jīng)分析完usb子系統(tǒng)要求的各個(gè)主要操作，下一部分我們?cè)谟懻撘幌聦?duì)USB設(shè)備的IO操作。

說到usb子系統(tǒng)的IO操作，不得不說usb request block，簡(jiǎn)稱urb。事實(shí)上，可以打一個(gè)這樣的比喻，usb總線就像一條高速公路，貨物、人流之類的可以看成是系統(tǒng)與設(shè)備交互的數(shù)據(jù)，而urb就可以看成是汽車。在一開始對(duì)USB規(guī)范細(xì)節(jié)的介紹，我們就說過USB的endpoint有4種不同類型，也就是說能在這條高速公路上流動(dòng)的數(shù)據(jù)就有四種。但是這對(duì)汽車是沒有要求的，所以u(píng)rb可以運(yùn)載四種數(shù)據(jù)，不過你要先告訴司機(jī)你要運(yùn)什么，目的地是什么。我們現(xiàn)在就看看struct urb的具體內(nèi)容。它的內(nèi)容很多，為了不讓我的理解誤導(dǎo)各位，大家最好還是看一看內(nèi)核源碼的注釋，具體內(nèi)容參見源碼樹下include/linux/usb.h。

在這里我們重點(diǎn)介紹程序中出現(xiàn)的幾個(gè)關(guān)鍵字段：

struct usb_device *dev

urb所發(fā)送的目標(biāo)設(shè)備。

unsigned int pipe

一個(gè)管道號(hào)碼，該管道記錄了目標(biāo)設(shè)備的端點(diǎn)以及管道的類型。每個(gè)管道只有一種類型和一個(gè)方向，它與他的目標(biāo)設(shè)備的端點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，我們可以通過以下幾個(gè)函數(shù)來獲得管道號(hào)并設(shè)置管道類型：

unsigned int usb_sndctrlpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)控制OUT端點(diǎn)。unsigned int usb_rcvctrlpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)控制IN端點(diǎn)。unsigned int usb_sndbulkpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)批量OUT端點(diǎn)。unsigned int usb_rcvbulkpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)批量OUT端點(diǎn)。unsigned int usb_sndintpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)中斷OUT端點(diǎn)。unsigned int usb_rcvintpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)中斷OUT端點(diǎn)。unsigned int usb_sndisocpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)等時(shí)OUT端點(diǎn)。unsigned int usb_rcvisocpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)//把指定USB設(shè)備的指定端點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)等時(shí)OUT端點(diǎn)。

unsigned int transfer_flags

當(dāng)不使用DMA時(shí)，應(yīng)該transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP（按照代碼的理解，希望沒有錯(cuò)）。

int status

一個(gè)urb把數(shù)據(jù)送到設(shè)備時(shí)，這個(gè)urb會(huì)由系統(tǒng)返回給驅(qū)動(dòng)程序，并調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的urb完成回調(diào)函數(shù)處理。這時(shí)，status記錄了這次數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠嘘P(guān)狀態(tài)，例如傳送成功與否。成功的話會(huì)是0。
要能夠運(yùn)貨當(dāng)然首先要有車，所以第一步當(dāng)然要?jiǎng)?chuàng)建urb：

struct urb *usb_alloc_urb(int isoc_packets, int mem_flags);

第一個(gè)參數(shù)是等時(shí)包的數(shù)量，如果不是乘載等時(shí)包，應(yīng)該為0，第二個(gè)參數(shù)與kmalloc的標(biāo)志相同。
要釋放一個(gè)urb可以用：

void usb_free_urb(struct urb *urb);

要承載數(shù)據(jù)，還要告訴司機(jī)目的地信息跟要運(yùn)的貨物，對(duì)于不同的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供了不同的函數(shù)，對(duì)于中斷urb，我們用

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)

這里要解釋一下，transfer_buffer是一個(gè)要送/收的數(shù)據(jù)的緩沖，buffer_length是它的長(zhǎng)度，complete是urb完成回調(diào)函數(shù)的入口，context由用戶定義，可能會(huì)在回調(diào)函數(shù)中使用的數(shù)據(jù)，interval就是urb被調(diào)度的間隔。

對(duì)于批量urb和控制urb，我們用:

//批量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)//控制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)

控制包有一個(gè)特殊參數(shù)setup_packet，它指向即將被發(fā)送到端點(diǎn)的設(shè)置數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)。
對(duì)于等時(shí)urb，系統(tǒng)沒有專門的fill函數(shù)，只能對(duì)各urb字段顯示賦值。
有了汽車，有了司機(jī)，下一步就是要開始運(yùn)貨了，我們可以用下面的函數(shù)來提交urb

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

mem_flags有幾種：GFP_ATOMIC、GFP_NOIO、GFP_KERNEL，通常在中斷上下文環(huán)境我們會(huì)用GFP_ATOMIC。

當(dāng)我們的卡車運(yùn)貨之后，系統(tǒng)會(huì)把它調(diào)回來，并調(diào)用urb完成回調(diào)函數(shù)，并把這輛車作為函數(shù)傳遞給驅(qū)動(dòng)程序。我們應(yīng)該在回調(diào)函數(shù)里面檢查status字段，以確定數(shù)據(jù)的成功傳輸與否。下面是用urb來傳送數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)。

static int skel_do_read_io(struct usb_skel *dev, size_t count){ int rv; /* prepare a read */ usb_fill_bulk_urb(dev->bulk_in_urb, dev->udev, usb_rcvbulkpipe(dev->udev,dev->bulk_in_endpointAddr), dev->bulk_in_buffer, min(dev->bulk_in_size, count), skel_read_bulk_callback, dev); /* tell everybody to leave the URB alone */ spin_lock_irq(&dev->err_lock); dev->ongoing_read = 1; spin_unlock_irq(&dev->err_lock); /* do it */ rv = usb_submit_urb(dev->bulk_in_urb, GFP_KERNEL); if (rv < 0) { err("%s - failed submitting read urb, error %d", __func__, rv); dev->bulk_in_filled = 0; rv = (rv == -ENOMEM) ? rv : -EIO; spin_lock_irq(&dev->err_lock); dev->ongoing_read = 0; spin_unlock_irq(&dev->err_lock); } return rv;}

這里skel_write_bulk_callback就是一個(gè)完成回調(diào)函數(shù)，而他做的主要事情就是檢查數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)和釋放urb：

static void skel_read_bulk_callback(struct urb *urb){ struct usb_skel *dev; dev = urb->context; spin_lock(&dev->err_lock); /* sync/async unlink faults aren't errors */ if (urb->status) { if (!(urb->status == -ENOENT || urb->status == -ECONNRESET || urb->status == -ESHUTDOWN)) err("%s - nonzero write bulk status received: %d", __func__, urb->status); dev->errors = urb->status; } else { dev->bulk_in_filled = urb->actual_length; } dev->ongoing_read = 0; spin_unlock(&dev->err_lock); complete(&dev->bulk_in_completion);}

事實(shí)上，如果數(shù)據(jù)的量不大，那么可以不一定用卡車來運(yùn)貨，系統(tǒng)還提供了一種不用urb的傳輸方式，而usb-skeleton的讀操作正是采用這種方式實(shí)現(xiàn)：

/* do a blocking bulk read to get data from the device */　　retval = usb_bulk_msg(dev->udev,　　　　　　　　　　　　　　　　usb_rcvbulkpipe(dev->udev, dev->bulk_in_endpointAddr),　　　　　　　　　　　　　　　　dev->bulk_in_buffer,　　　　　　　　　　　　　　　　min(dev->bulk_in_size, count),　　　　　　　　　　　　　　　　&bytes_read, 10000);/* if the read was successful, copy the data to userspace */　　if (!retval) {　　　　if (copy_to_user(buffer, dev->bulk_in_buffer, bytes_read))　　　　　　retval = -EFAULT;　　　　else　　　　　　retval = bytes_read;　　}

程序使用了usb_bulk_msg來傳送數(shù)據(jù)，它的原型如下：

int usb_bulk_msg(struct usb_device *usb_dev, unsigned int pipe, void *data, int len, int *actual_length, int timeout){ struct urb *urb; struct usb_host_endpoint *ep; ep = usb_pipe_endpoint(usb_dev, pipe); if (!ep || len < 0) return -EINVAL; urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); if (!urb) return -ENOMEM; if ((ep->desc.bmAttributes & USB_ENDPOINT_XFERTYPE_MASK) == USB_ENDPOINT_XFER_INT) { pipe = (pipe & ~(3 << 30)) | (PIPE_INTERRUPT << 30); usb_fill_int_urb(urb, usb_dev, pipe, data, len, usb_api_blocking_completion, NULL, ep->desc.bInterval); } else usb_fill_bulk_urb(urb, usb_dev, pipe, data, len, usb_api_blocking_completion, NULL); return usb_start_wait_urb(urb, timeout, actual_length);}EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_bulk_msg);

這個(gè)函數(shù)會(huì)阻塞等待數(shù)據(jù)傳輸完成或者等到超時(shí)，data是輸入/輸出緩沖，len是它的大小，actual length是實(shí)際傳送的數(shù)據(jù)大小，timeout是阻塞超時(shí)。
對(duì)于控制數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供了另外一個(gè)函數(shù)，他的原型是：

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){ struct usb_ctrlrequest *dr; int ret; dr = kmalloc(sizeof(struct usb_ctrlrequest), GFP_NOIO); if (!dr) return -ENOMEM; dr->bRequestType = requesttype; dr->bRequest = request; dr->wValue = cpu_to_le16(value); dr->wIndex = cpu_to_le16(index); dr->wLength = cpu_to_le16(size); /* dbg("usb_control_msg"); */ ret = usb_internal_control_msg(dev, pipe, dr, data, size, timeout); kfree(dr); return ret;}EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_control_msg);

equest是控制消息的USB請(qǐng)求值、requesttype是控制消息的USB請(qǐng)求類型，value是控制消息的USB消息值，index是控制消息的USB消息索引。具體是什么，暫時(shí)不是很清楚，希望大家提供說明。

當(dāng)然，對(duì)于中斷傳輸，系統(tǒng)也提供了另外的函數(shù)。

int usb_interrupt_msg(struct usb_device *usb_dev, unsigned int pipe, void *data, int len, int *actual_length, int timeout){ return usb_bulk_msg(usb_dev, pipe, data, len, actual_length, timeout);}EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_interrupt_msg);

直接調(diào)用usb_bulk_msg()函數(shù)。

至此，Linux下的USB驅(qū)動(dòng)框架分析基本完成了。

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