一、 USB驱动程序之概念介绍(第十七课/第一节)
现象：
在WINDOWS下，把USB设备接到PC机上：
- 右下角会弹出"发现什么USB新设备"。如发现"android phone"。
- 跳出一个对话框，提示安装驱动程序。
问1：既然还没有"驱动程序"，为何能知道是"android phone"？
答1：Windows里已经有了USB的总线驱动程序，接入USB设备后，是"总线驱动程序"知道你是"android phone"。提示你安装的是"设备驱动程序"。
USB总线驱动程序负责：识别USB设备，给USB设备找到对应的驱动程序。
问2：USB设备种类非常多，为什么一接入电脑，就能识别出来？
答2：PC和USB设备都得遵守一些规范。比如：USB设备接入电脑后，PC机就会发出"你是什么？" USB设备就必须回答"我是xxx"。
USB总线驱动程序会发出某些命令想获取设备信息(描述符)，USB设备必须返回(描述符)给PC机。
问3：PC机上接有非常多的USB设备，怎么分辨它们？
答3：USB接口只有四根线：5V，GND，D-，D+
每一个USB设备接入PC机时，USB总线驱动程序都会给它分配一个编号，接在USB总线上的每一个USB设备都有自己的编号(地址)，PC机想访问某个USB设备时，发出的命令都含有对应的编号(地址)。
问4：USB设备刚接入PC机时，还没有编号，那么PC机怎么把"分配的编号"告诉它？
答4：新接入的USB设备的默认编号是0，在未分配新编号前，PC机使用0编号和它通信。
问5：为什么一接入USB设备，PC机就能发现它？
答5：PC机的USB口内部，D-和D+都接有15K的下拉电阻，未接USB设备时为低电平；USB设备的USB口内部，D-或D+接有1.5K的上拉电阻。当USB设备一接入PC机，就会把PC的USB口的D-或D+拉高，从硬件的角度通知PC机有新设备接入
其他概念：
一、 USB是主从结构的：
所有的USB传输，都是从USB主机这方发起，USB设备没有"主动"通知USB主机的能力。
例：USB鼠标滑动一下立刻产生数据，但是它没有能力通知PC机来读数据，只能被动的等待PC机来读取。
二、 USB的传输类型：
a.控制传输：可靠，实时，比如：USB设备的识别过程
b.批量传输：可靠，时间没有保证，比如：U盘(从PC机上删除U盘时有时快有时慢)
c.中断传输：可靠，实时，比如：USB鼠标。(只是借助了中断的概念，实质是用USB主机查询方式来实现实时性，不断读USB鼠标。USB设备并不能发起中断，USB设备并没有发起通知给USB主机的能力。)
d.实时传输：不可靠，实时，比如：USB摄像头。(数据的不可靠可以接受，如果要可靠，可能因为某一帧发送错误时会因可靠机制来重传，就会带来滞后感。)
三、 USB传输的对象：端点(endpoint)
我们说"读U盘"、"写U盘"，可以细化为：把数据写到U盘的端点1，从U盘的端点2里读出数据；除了端点0外，每一个端点只支持一个方向的数据传输。端点0用于控制传输，既能输入也能输出。
四、 每一个端点都有(只有一个)传输类型，传输方向
五、 术语里、程序里说的输入(IN)、输出(OUT)都是基于USB主机的立场说的。比如鼠标的数据是从鼠标传到PC机，对应的端点称为"输入端点"。(对于USB主机来说这是输入)。
六、 USB总线驱动程序的作用：
a. 识别USB设备。
b. 查找并安装对应的设备驱动程序。
c. 提供USB读写函数。(只是提供读写函数，数据的含义不知道。就像"送信人"一样，不了解数据含义。USB设备驱动程序知道数据含义。)
USB驱动程序框架： 
二、 USB驱动程序之USB总线驱动程序(第十七课/第二节)
USB主机控制器有三种规范：1.UHCI；2.OHCI；3.EHCI
UHCI：intel 适用于(USB1.1)低速(1.5Mbps)/(USB2.0)全速(12Mbps) (当说到USB2.0还得分全速和高速)
OHCI：microsoft 适用低速/全速
EHICI： 适用于高速(480Mbps)
intel做芯片的，用UHCI这套规范做出来的主机控制器硬件功能强大，软件实现的就简单点；相反，microsoft做软件的，用OHCI这套规范做出来的硬件会差一点，但是软件会复杂点。
把USB设备(手机)接到开发板上，查看输出信息： 
拔掉 
这里的(full speed)会不可靠，速度的种类可能是"%s"，所以在内核驱动目录下搜索"USB device using" 
HUB 的概念： 
每一个USB主机控制器都自带了一个USB HUB，HUB上接有USB设备，可以认为HUB是一个特殊的USB设备
在搜索到的(hub.c)文件中找到打印的这条语句 
查看该语句在哪个函数里 
hub端口初始化，看看这个函数在哪儿被调用 
端口连接变化，这个函数又在哪儿被调用 
hub事件函数又是在哪儿被调用 
hub线程，它是一个内核线程，平时是休眠的，当有事情发生会被唤醒，那么被谁来唤醒呢 
搜索一下谁来从这个队列把它唤醒 
这个(kick_khubd)又是被谁调用 
注意：这个中断是主机控制器里注册的中断，不是USB设备的中断
当接上USB设备，就会使得D+或者D-有低电平变成高电平，硬件上就感知到了有USB设备接入，主机控制器里就会产生中断。
在中断函数里面一路执行下来，最终就会执行到(hub_port_init)，在函数里面就会打印出发现新的USB设备 
根据USB驱动总线的作用，来看看是怎么告诉USB设备的 
从(hub_port_connet_change)函数开始分析 
分配一个usb_device结构体 
这个结构体的总线类型是"usb_bus_type" 
紧接着分配编号(地址) 
然后进入(hub_port_init)函数，设置地址并获取描述符 
设置地址 
获取描述符
描述符的信息可以在(include\linux\usb\Ch9.h)看到，Ch9表示USB规范协议的第九章
设备描述符：每一个硬件都有USB设备描述符，我可以发出某些命令得到这些USB设备的设备描述符。一个设备可能会有多种配置 
配置描述符 
接口描述符：逻辑上的设备
每个配置下面可能有多个接口，也可能只有一个。比如：一个USB声卡，它硬件上只有一个，但逻辑上可能会有两个功能(录音、播放)。这样就分成了两个逻辑设备，用两个"接口描述符"分别描述逻辑设备"录音"和"播放"。 
端点描述符 
每一个硬件都有一个设备描述符，一个设备下面可能有多个配置，一个配置下面可能有多个接口，接口就是逻辑设备，我们写驱动程序时就是给接口(逻辑设备)写的，所以一个USB硬件可能会多个驱动程序。一个接口里面有多个端点，端点描述符会表示一次性会传输多大的数据，它的端点编号，它的方向，它的传输类型这些信息。
我们把这些描述符信息通通读出来之后就可对这个USB设备了如指掌了，就可以根据这些信息找到驱动程序了 
问：为什么只获得8个字节呢？ 
答：因为还不知道你这个端点0一次性传输多少数据。 
再次获得设备描述符 
到这里(hub_port_init)函数就结束了。再返回上一级函数(hub_port_connet_change)，看看还有哪些工作，调用(usb_new_devie)函数
在(usb_get_configuration)函数里把所有的描述符都读出来，并解析他们 
最后跳到(usb_new_device)函数里执行(device_add) 
(device_add)函数会到总线设备驱动模型上添加USB设备。把设备放到总线的dev链表，从总线的driver链表里取出driver用总线的match函数通过id_table一一比较，若能匹配成功，则调用driver中的"probe"函数。
总结一下这个过程：
当接上一个USB设备时，就会产生由硬件产生一个中断(hub_irq)，在中断里会分配一个编号(choose_address)，然后把这个地址告诉USB设备(hub_set_address)，接着发出各种命令获取USB设备的"设备描述符"。再然后注册一个device(device_add)，这个被注册的device会被放到USB总线(usb_bus_type)的"设备链表"，然后从总线的"驱动链表"中取出"usb_driver"，把usb_interface和usb_driver的id_table比较，若匹配成功则调用"usb_driver"结构中的probe函数。
三、 USB驱动程序之USB设备驱动程序1简单编写(第十七课/第三节)
USB总线驱动程序，在我们接入USB设备的时候会帮我们构造一个新的 usb_dev，注册到(usb_bus_type)中去，左边这部分内核已经帮我们做好，我们要做的是右边这一块，构造一个 usb_driver 结构体，然后注册到(usb_bus_type)里。在 usb_driver 结构体里有 id_table，表示它能支持哪些设备，当(usb_bus_type)结构中match函数匹配成功之后就会调用 usb_driver 结构中probe函数；拔掉USB设备时就会调用 usb_driver 结构中的disconnet函数。
(usb_bus_type)总线驱动模型只是提供了这样一种框架，可以把左右两边挂钩起来。
目标：
USB鼠标用作按键：(相当于输入子系统)
左键 -- L
右键 -- S
中建 -- Enter
在probe函数做的事情：
1. 分配一个input_dev结构体。
2. 设置，使其产生哪类事件，该类事件的哪些事件。
3. 注册
4.硬件相关操作：
写按键或触摸屏驱动程序时是注册某中断，在按键的中断里读引脚确定是按下还是松开然后读按键值。
在USB鼠标里，是使用USB总线驱动程序提供的读写函数来收发数据。
怎么写USB设备驱动程序？
1. 分配/设置 usb_driver 结构体
.id_table 表示能支持哪些设备
.probe 若id_table能够支持就调用probe函数
.disconnet 拔掉USB设备时调用这个函数
2. 注册
先参考别人的代码：(driver\hid\usbhid\usbmouse.c)
入口函数里面注册一个(usb_driver结构体) 
假设能够匹配，调用probe函数 
以前的触摸屏驱动是从2440adc控制器里面得到数据，现在的USB设备驱动程序想得到数据，是发USB包。通过(USB主机控制器)来得到那些数据
现在来写出框架： 
1th、 打印简单的语句
一、 id_table： 
".match_flags"：表示要匹配设备描述符中的哪一项。"USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO"：INT是接口的意思，INT_INFO就是指接口的信息；接口的信息就在接口描述符里。
".bInterfaceClass"：接口描述符里的类
".bInterfaceSubClass"：接口描述符的子类
".bInterfaceProtocol"：接口描述符的协议
只要这个设备的接口描述符里面的类是HID类；子类是BOOT；协议是MOUSE,那么这个id_table就能够支持。 
也可以支持厂家ID，设备ID 
二、 填充probe函数 
一个USB硬件设备可能有多个逻辑设备，这些逻辑设备就是用"usb_interface"结构体表示的。如一块声卡有录音和播放两个逻辑接口，就需要两个驱动程序。
三、 disconnect函数 
测试1th：
第一步：make menuconfig 去掉原来的USB鼠标驱动，不然一接上USB鼠标内核就会找到原来的驱动，新注册的驱动就无法加载。 
第二步：编译没有USB的内核 
第三步：使用没有USB的内核启动 
第四步：挂接文件系统，加载驱动程序 
第五步：插入，拔出鼠标 
2th、 打印厂家ID和设备ID
当我们接入USB设备之后，USB总线驱动程序已经把这些设备描述符信息通通读取出来了。 
打印描述符信息 
测试2th：
重新加载驱动 
插入，拔出鼠标 
电脑上的USB鼠标描述符信息 
3th、 打印USB鼠标的原始数据
继续分析实例(usbmouse.c)的probe函数 
问：怎么知道是否是输入类型端点？
答：每一个端点的端点描述符都有一个属性，表明它的方向。
继续写代码，在自己的代码里面就不用做判断了，就认为它是一个鼠标
按照套路把前三步做完 
以前的硬件操作就是去注册中断引脚然后去读取寄存器，现在需要用底层的USB主机控制器提供的读写函数来收发USB数据
A、数据传输三要素：源、目的、长度。
1. 源：USB设备的某个端点。 
这个宏(usb_rcvintpipe)就包含了USB设备的地址和哪一个端点(端点地址)
自己的猜想：这一个int类型的pipe变量包含了端点类型、设备地址、端点地址、端点方向，是因为把这4字节拆分为了4部分 
PIPE_INTERRUPT：中断类型端点
USB_DIR_IN：端点的方向
devnum：设备地址(USB设备编号)
endpoint：端点地址(bEndpointAddress)
2. 目的：从USB设备读数据，读到一个缓冲区。所以要分配一个缓冲区，不能用(kalloc)，用(usb_buffer_alloc)来分配，返回一个(void*)的虚拟地址 
3. 长度：端点描述符中的最大包大小 
B、使用三要素
1. 分配一个urb(usb request block) 
2. 使用三要素来设置urb和设置某些标记 
USB主机控制器得到数据后，要往某个内存去写(写的内容是查询到USB设备的数据)，但是这个主机控制器没那么聪明，需要我们告诉这个主机控制器某个内存的物理地址。
USB设备没有能力产生中断，它是通过USB主机控制器不断的查询，查询到数据后是由USB主机控制器向CUP发出中断申请的。
3. 使用urb；提交 urb 
自己猜想：在实例程序中未看到该函数，猜想是注册input_dev的时候会调用该结构里的open函数
C、完成中断函数(USB设备没有中断能力，这个中断请求是USB主机控制器发出的) 
D、disconnect函数 
测试3th：
重新加载驱动 
接上USB鼠标 
操作鼠标观察数据 
第一个字节：数据"01"里的"1"是bit0，表示左键按下；"02"里的"2"是bit1，表示右键按下；"04"里的"4"是bit2，表示中键按下；"03"里的"3"是bit0和bit1，表示左右键同时按下。
第二个字节：X方向，正值表示往右移，负值表示往左移。
第三个字节：Y方向，往上移是负数，往下移是正数。
第四个字节：滑轮，往前滑是正数，往后滑是负数。
USB鼠标驱动程序-3th
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/usb/input.h>
#include <linux/hid.h>
/*
*参考 F:\编程之路\编程之路（Linux）\link_to_term1_and_term2\kernels\linux-2.6.22.6\drivers\hid\usbhid\usbmouse.c
*/
static struct input_dev* uk_dev;
static char* usb_buffer_vir;
static dma_addr_t usb_buffer_pys;
static struct urb* usb_urb;
static int len;
static struct usb_device_id usbmouse_id_table [] = {
{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
{ } /* Terminating entry */
};
/* 当USB主机控制器查询到信息后，保存到buffer然后产生中断 */
static void usbmouse_irq(struct urb *urb)
{
int i;
static int cnt = 0;
printk("usb_buffer_vir data cnt: %d\n", cnt++);
for(i=0; i<len; i++)
{
printk("%02x", usb_buffer_vir[i]);
}
printk("\n");
/* 重新提交urb */
usb_submit_urb(usb_urb, GFP_KERNEL);
}
static int usbmouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
struct usb_host_interface *interface;
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
int pipe;
interface = intf->cur_altsetting;
endpoint = &interface->endpoint[0].desc;
/* 1.分配一个input_dev结构体 */
uk_dev = input_allocate_device();
/* 2. 设置 */
/* 2.1 设置能产生哪类事件：按键类、重复类 */
set_bit(EV_KEY, uk_dev->evbit);
set_bit(EV_REP, uk_dev->evbit);
/* 2.2 设置产生该类的哪些事件：L、S、回车 */
set_bit(KEY_L, uk_dev->keybit);
set_bit(KEY_S, uk_dev->keybit);
set_bit(KEY_ENTER, uk_dev->keybit);
/* 3. 注册 */
input_register_device(uk_dev);
/* 4. 硬件相关操作 */
/* 数据传输三要素：源、目的、长度 */
/* 4.1 源*/
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
/* 4.2 长度 */
len = endpoint->wMaxPacketSize;
/* 4.3 目的：分配一个缓冲区 */
usb_buffer_vir = usb_buffer_alloc(dev, len, GFP_ATOMIC, &usb_buffer_pys);
/* 使用三要素 */
/* 1. 分配 usb request block */
usb_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
/* 2. 使用三要素来设置urb */
usb_fill_int_urb(usb_urb, dev, pipe, usb_buffer_vir, len, usbmouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
usb_urb->transfer_dma = usb_buffer_pys;
usb_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
/* 3. 提交urb */
usb_submit_urb(usb_urb, GFP_KERNEL);
return 0;
}
static void usbmouse_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
printk("usbmouse is disconnet!\n");
usb_kill_urb(usb_urb);
usb_free_urb(usb_urb);
usb_buffer_free(dev, len, usb_buffer_vir, usb_buffer_pys);
input_unregister_device(uk_dev);
input_free_device(uk_dev);
}
static struct usb_driver usbmouse_as_key_driver = {
.name = "usbmouse_as_key",
.probe = usbmouse_probe,
.disconnect = usbmouse_disconnect,
.id_table = usbmouse_id_table,
};
static int usbmouse_as_key_init(void)
{
usb_register(&usbmouse_as_key_driver);
return 0;
}
static void usbmouse_as_key_exit(void)
{
usb_deregister(&usbmouse_as_key_driver);
}
module_init(usbmouse_as_key_init);
module_exit(usbmouse_as_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
4th、 用USB鼠标实现左键L，右键S，中键ENTER的功能
通过上述实验，可以知道对于实现按键操作，只需要对usb_buffer_vir的第一个数组作分析即可。 
测试4th：
不用拔插，可以只重新加载新驱动 
cat /dev/tty1然后按鼠标左右键 
hexdump /dev/event0 
总结：
根据总线驱动设备模型，这个(usb_bus_type)里面有个".match"函数，左边是由USB总线驱动程序帮我们来发现USB新设备，它会注册一个USB设备并且会从右边的driver链表里面通过总线里面的".match"函数比较左边(usb_interface)结构中的接口与右边(usb_driver)结构中的"id_table"，若能吻合，则调用(usb_driver)中的".probe"函数。(usb_bus_type)提供了这套机制。
以前的数据是从中断或者读寄存器得到，现在USB驱动程序中的数据从USB总线提供的读写函数得到。一旦有数据就会保存数据，然后由主机控制器发出中断请求
数据传输三要素：源(端点地址)、目的(分配的缓冲区)、长度(端点描述符里最大包大小)，然后构造一个"usb_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL)"，紧接着把三要素填充到"usb_urb"，最后要想使用就得提交urb。
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