如何设计USB驱动程序？
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1.USB驱动模型
①USB HOST控制器驱动
②USBhexin
③USB客户端驱动
设备4个层次：设备(device)、配置(Config)、接口(Interface)、端点(Endpoint).
一个接口就是一个基本功能。如:MP4的视频、音频。
USB设备包括配置(configuration)、接口（interface）和端点(endpoint)，一个USB设备驱动程序对应一个USB接口，而非整个USB设备。
在Linux内核中，使用struct usb_driver结构描述一个USB驱动。
struct usb_driver {
const char *name; /*驱动程序名*/
/* 当USB核心发现了该驱动能够处理的USB接口时，调用该函数 */
int (*probe) (struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id);
/* 当相应的USB接口被移除时，调用该函数 */
void (*disconnect) (struct usb_interface *intf);
/* USB驱动能够处理的设备列表 */
const struct usb_device_id *id_table;
}
2.URB
2.1 URB通讯模型
主机发送请求，USB从机返回消息。
USB请求块（USB request block-URB）是USB设备驱动中用来与USB设备通信所用的基本载体和核心数据结构，非常类似于网络设备驱动中的sk_buff结构体，是USB主机与设备通信的“电波”。
1. USB 设备驱动程序创建并初始化一个访问特定端点的urb，并提交给USB core；
2. USB core提交该urb到USB主控制器驱动程序；
3. USB 主控制器驱动程序根据该urb描述的信息，来访问USB设备；
4. 当设备访问结束后，USB 主控制器驱动程序通知USB 设备驱动程序。
2.2 创建URB
struct urb *usb_alloc_urb(int iso_packets, gfp_t mem_flags)
参数：
iso_packets：urb所包含的等时数据包的个数。
mem_flags：内存分配标识(如GFP_KERNEL)，参考kmalloc。
2.3 初始化URB
①对于中断urb，使用usb_fill_int_urb函数来初始化。
②对于批量urb，使用usb_fill_bulk_urb函数来初始化。
③对于控制urb，使用usb_fill_control_urb函数来初始化。
④对于等时urb，只能手动地初始化urb。
static inline void usb_fill_int_urb(
struct urb *urb, //待初始化的urb
struct usb_device *dev, //urb所要访问的设备
unsigned int pipe, //要访问的端点所对应的管道，
void *transfer_buffer, //保存传输数据的buffer
int buffer_length, //buffer长度
usb_complete_t complete_fn, //urb完成时调用的函数
void *context, //赋值到urb->context的数据
int interval) //urb被调度的时间间隔
2.4 提交URB
在完成urb的创建和初始化后，USB驱动需要将urb提交给USB核心.
int usb_submit_urb(struct urb *urb, gfp_t mem_flags)
参数：
urb：要提交urb的指针
mem_flags: 内存分配标识(如GFP_KERNEL)，参考kmalloc
URB被提交到USB核心后，USB核心指定usb主控制器驱动程序来处理该urb，处理完之后，urb完成函数将被调用。
3.HID协议
HID(Human Interface Device),属于人机交互类的设备，如USB鼠标，USB键盘，USB游戏操纵杆等。改类设备必须遵循HID设计规范。（4个字节报告描述符）
4.鼠标驱动分析
static int usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
/* 设备描述 usb_device */
/* 接口描述 usb_interface */
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); //这里把接口转化成dev设备
/* 接口设置描述 */
struct usb_host_interface *interface;
/* 端点描述符 */
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
struct usb_mouse *mouse;
struct input_dev *input_dev;
int pipe, maxp; //这里创建了一个pipe
int error = -ENOMEM;
/* 获取当前接口设置 */
interface = intf->cur_altsetting; //得到了接口
/* 根据HID规范，鼠标只有一个端点（不包含0号控制端点）*/
if (interface->desc.bNumEndpoints != 1)
return -ENODEV;
/* 获取端点0描述符 */
endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //端点是在接口中的，获取了端点描述符
/* 根据HID规范，鼠标唯一的端点应为中断端点 */
if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint))
return -ENODEV;
/* 生成中断管道 */
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //这里给pipe创建了接收管道，端点的地址从上面来（端点的地址）
/* 返回该端点能够传输的最大的包长度，鼠标的返回的最大数据包为4个字节。*/
maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));
/* 创建input设备 */
mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL); /*创建输入型设备*/
input_dev = input_allocate_device();
if (!mouse || !input_dev)
goto fail1;
/* 申请内存空间用于数据传输，data 为指向该空间的地址*/
mouse->data = usb_buffer_alloc(dev, 8, GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma); //给data分配了一个空间
if (!mouse->data)
goto fail1;
/* 分配URB */
mouse->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
if (!mouse->irq)
goto fail2;
mouse->usbdev = dev;
mouse->dev = input_dev;
if (dev->manufacturer) /*这里在初始化输入型设备*/
strlcpy(mouse->name, dev->manufacturer, sizeof(mouse->name));
if (dev->product) {
if (dev->manufacturer)
strlcat(mouse->name, " ", sizeof(mouse->name));
strlcat(mouse->name, dev->product, sizeof(mouse->name));
}
if (!strlen(mouse->name))
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 用来获取 USB 设备在 Sysfs 中的路径*/
usb_make_path(dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys));
strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys));
/* 字符设备初始化 */
input_dev->name = mouse->name;
input_dev->phys = mouse->phys;
usb_to_input_id(dev, &input_dev->id);
input_dev->dev.parent = &intf->dev;
input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REL);
input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] = BIT_MASK(BTN_LEFT) |
BIT_MASK(BTN_RIGHT) | BIT_MASK(BTN_MIDDLE);
input_dev->relbit[0] = BIT_MASK(REL_X) | BIT_MASK(REL_Y);
input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] |= BIT_MASK(BTN_SIDE) |
BIT_MASK(BTN_EXTRA);
input_dev->relbit[0] |= BIT_MASK(REL_WHEEL);
input_set_drvdata(input_dev, mouse);
input_dev->open = usb_mouse_open;
input_dev->close = usb_mouse_close;
/* 初始化中断URB */
/* 思考实验：将interval参数设置为1分钟，观察现象 */ //这里使用usb_fill_int_urb来创建一个URB
usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data,
(maxp > 8 ? 8 : maxp),
usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval);
mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;
mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
error = input_register_device(mouse->dev);
if (error)
goto fail3;
/*将mouse指针保存到intf的dev成员中*/
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;
}
打开时会上传这个URB数据：
static int usb_mouse_open(struct input_dev *dev)
{
struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev);
mouse->irq->dev = mouse->usbdev;
if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL)) //这个函数用来上传
return -EIO;
return 0;
}
上传完毕后，回传回来的数据就有中断函数：
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;
/* 检测urb传输是否成功 */
switch (urb->status) {
case 0: /* success */
break;
case -ECONNRESET: /* unlink */
case -ENOENT:
case -ESHUTDOWN:
return;
/* -EPIPE: should clear the halt */
default: /* error */
goto resubmit;
}
/* 报告按键状态 */
input_report_key(dev, BTN_LEFT, data[0] & 0x01); //data[0]中的第一个位，左键
input_report_key(dev, BTN_RIGHT, data[0] & 0x02); //第二位，右键
input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, data[0] & 0x04); //第三位，中建
input_report_key(dev, BTN_SIDE, data[0] & 0x08);
input_report_key(dev, BTN_EXTRA, data[0] & 0x10);
input_report_rel(dev, REL_X, data[1]); //X轴信息
input_report_rel(dev, REL_Y, data[2]); //Y轴信息
input_report_rel(dev, REL_WHEEL, data[3]); //滑轮的信息
input_sync(dev);
resubmit:
/* 提交下次传输 */
status = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); //再次提交urb
if (status)
err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
mouse->usbdev->bus->bus_name,
mouse->usbdev->devpath, status);
}
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