USB系统设备模型建立流程

USB设备模型建立流程概览

S3c2440处理器中集成有USB控制器，该主控制器作为平台设备s3c_device_usb添加到内核，该设备与驱动ohci_hcd_s3c2410_driver匹配后调用函数usb_hcd_s3c2410_probe。在函数usb_hcd_s3c2410_probe中获取硬件资源，为USB主控制器结构体usb_hcd分配内存，调用函数usb_add_hcd填充usb_hcd。一个主控制器对应一条USB总线，在函数usb_add_hcd中将该总线注册到内核usb_register_bus(&hcd->self)。一个主控制器绑定了一个root_hub。Root_hub，hub，插到hub端口上的设备都是usb_device。因此在函数usb_add_hcd中为root_hub的usb_device分配了存储空间usb_alloc_dev。为了初始化root_hub的usb_device并把它注册到内核又调用了函数register_root_hub。无论是root_hub，hub，还是插到hub端口上的设备都是usb_device，所以都有设备描述符，在函数register_root_hub中调用函数usb_get_device_descriptor获取了root_hub设备的设备描述符。一个新设备需要先进行相应的配置然后再加入内核，为完成这项工作在函数register_root_hub又调用了usb_new_device

每个USB设备有一种或多种配置；每种配置有一个或多个接口；一个接口有一种或多种设置；一种设置有一个或多个端点。为了对配置，接口，端点进行描述，每一个USB设备都有配置描述符，接口描述符，端点描述符。为了获取并解析这些描述符在函数usb_new_device中调用了函数usb_configure_device。然后将该设备添加到内核device_add(&udev->dev)。每个USB设备都有一个控制端点。它通常用于配置设备，获取设备信息，发送命令到设备，或者获取设备的状态报告。在设备建立的过程中需要用到它，要让它工作得先把它添加到内核，为此在函数usb_new_device中调用了函数usb_create_ep_devs。

所有USB设备所属的总线类型为usb_bus_type设备类型为usb_device_type。当一个USB设备添加到总线上时都会去寻找它对应的驱动，为此内核创建了一个能匹配所有USB设备的驱动usb_generic_driver。当有usb_device添加到内核都会与驱动usb_generic_driver相匹配并调用函数generic_probe。在函数generic_probe中会调用函数usb_choose_configuration为设备选择一个合理的配置，到此就可以用选定配置下的所有描述符进行设备配置了。函数usb_set_configuration即是完成此项功能。在函数usb_set_configuratio中将设备的所有接口都添加到内核device_add(&intf->dev)。这些接口设备的总线类型为usb_bus_type，设备类型为usb_if_device_type。

USB接口也是作为设备添加到了内核，它有它所属的总线usb_bus_type，因此每一个接口都有它对应的驱动。接口又分为HUB的接口和USB设备的接口。

1、如果是HUB的接口：

HUB不同于设备，它除了有设备描述符外还有它独有的HUB描述符。有管理HUB的结构体structusb_hub。为配置HUB，填充HUB结构体usb_hub内核又创建了HUB驱动hub_driver。一旦有新的HUB插入，驱动hub_driver都会与新HUB的接口相匹配，而后调用函数hub_probe。在函数hub_probe中位HUB结构体分配内存usb_hub，并调用函数hub_configure获取HUB描述符，配置HUB。在函数hub_configure中调用函数get_hub_descriptor获取HUB描述符，对HUB的一些参数进行合理性检测和配置。然后创建了一个URB，将该URB初始化为一个中断URBusb_fill_int_urb(hub->urb,hdev,pipe,*hub->buffer,maxp,hub_irq,hub,endpoint->bInterval);，中断回调函数为hub_irq。该中断URB的作用后面再述。最后调用函数hub_activate激活该HUB。一个HUB可能有多个端口，用于插入USB设备，在函数hub_activate中对该HUB上所有端口的状态进行检测并标记各端口上的变化hub->change_bits。最后提交中断URB，usb_submit_urb(hub->urb,GFP_NOIO)，唤醒内核线程kick_khubd(hub)（下面论述）。

到此USB主控制器，root_hub都已添加到内核，整个USB系统都正常的工作了起来，只等着USB设备插入HUB端口。

2、如果是设备的接口：

一个USB设备可能有多个接口，一个接口代表了一个基本功能，每个USB驱动程序控制一个接口。这个驱动程序的实现即是驱动编写者的主要工作。这个接口设备与相应驱动匹配后调用probe函数，做相应的初始化设备模型建立等工作。。。。。。

到此一个插入HUB的USB设备也就可以正常工作了。

关于内核线程：

在注册HUB驱动usb_register(&hub_driver)的同时，也创建了一个内核线程

khubd_task=kthread_run(hub_thread,NULL,"khubd")。该线程的工作是，当HUB的端口上有变化时，该线程被唤醒去处理这些变化。在正常情况下该线程是出于睡眠状态的。此时链表hub_event_list上没有待处理的HUB。那么线程何时被唤醒？在HUB被创建时在函数hub_configure中会创建一个中断URB，并在HUB激活的函数hub_activate中提交该HUB。这个URB会定时获取HUB的状态，一旦HUB端口上的状态发生变化，会在URB回调函数hub_irq中标记这一变化hub->event_bits[0]=bits，并调用kick_khubd(hub)将有变化的HUB结构体添加到链表hub_event_list，唤醒内核线程。

这种变化可能是复位，电磁干扰，有设备插入HUB端口或拔下等等。我们想要看到的当然是HUB端口连接的变化。为处理这种变化线程调用函数hub_events。在函数hub_events中调用函数hub_port_status(hub,i,&portstatus,&portchange);来获取端口的状态。对这些变化进行判断，设置变化标志，然后调用函数hub_port_connect_change进行处理。在函数hub_port_connect_change中确定具体的变化类型，并作相应的处理。如果有设备插入HUB端口，为该设备建立设备模型。插入HUB端口的无论是另一个HUB还是一个USB设备在内核中都有一个usb_device结构，都会调用函数usb_alloc_dev为该结构分配存储空间。

调用函数hub_port_init(hub,udev,port1,i)复位该设备，并获取其设备描述符。然后调用函数usb_new_device(udev)获取配置描述符，接口描述符，端点描述符，并将该设备添加到内核。然后是匹配USB设备驱动usb_generic_driver调用函数generic_probe，配置该USB设备，初始化设备接口添加到内核。接下来是该USB设备每一个接口与其对应驱动的匹配。如果该USB设备是HUB则匹配驱动hub_driver，调用函数hub_probe，建立HUB模型。如果是设备则匹配其相应驱动。对于这些工作上面已有论述。