Under the Pine
/* AUTHOR: Pinus
* Creat on : 2018-11-4
* KERNEL : linux-4.4.145
*/
概述
現象：把USB裝置接到PC
1. 右下角彈出"發現android phone"
2. 跳出一個對話方塊，提示你安裝驅動程式
問1. 既然還沒有"驅動程式"，為何能知道是"android phone"
答1. windows裡已經有了USB的匯流排驅動程式，接入USB裝置後，是"匯流排驅動程式"知道你是"android phone"，提示你安裝的是"裝置驅動程式" USB匯流排驅動程式負責：識別USB裝置, 給USB裝置找到對應的驅動程式
問2. USB裝置種類非常多，為什麼一接入電腦，就能識別出來？
答2. PC和USB裝置都得遵守一些規範。
比如：USB裝置接入電腦後，PC機會發出"你是什麼"？
USB裝置就必須回答"我是xxx", 並且回答的語言必須是中文
USB匯流排驅動程式會發出某些命令想獲取裝置資訊(描述符)，
USB裝置必須返回"裝置描述符"給PC
問3. PC機上接有非常多的USB裝置，怎麼分辨它們？ USB介面只有4條線: 5V,GND,D-,D+
答3. 每一個USB裝置接入PC時，USB匯流排驅動程式都會給它分配一個編號
接在USB總線上的每一個USB裝置都有自己的編號(地址)
PC機想訪問某個USB裝置時，發出的命令都含有對應的編號(地址)
問4. USB裝置剛接入PC時，還沒有編號；那麼PC怎麼把"分配的編號"告訴它？
答4. 新接入的USB裝置的預設編號是0，在未分配新編號前，PC使用0編號和它通訊。
問5. 為什麼一接入USB裝置，PC機就能發現它？
答5. PC的USB口內部，D-和D+接有15K的下拉電阻，未接USB裝置時為低電平
USB裝置的USB口內部，D-或D+接有1.5K的上拉電阻；它一接入PC，就會把PC USB口的D-或D+拉高，從硬體的角度通知PC有新裝置接入
其他大致概念:
1. USB是主從結構的
所有的USB傳輸，都是從USB主機這方發起；USB裝置沒有"主動"通知USB主機的能力。
例子：USB滑鼠滑動一下立刻產生資料，但是它沒有能力通知PC機來讀資料，只能被動地等得PC機來讀。
2. USB的傳輸型別:
a. 控制傳輸：可靠，時間有保證，比如：USB裝置的識別過程
b. 批量傳輸: 可靠, 時間沒有保證, 比如：U盤
c. 中斷傳輸：可靠，實時，比如：USB滑鼠
d. 實時傳輸：不可靠，實時，比如：USB攝像頭
3. USB傳輸的物件：端點(endpoint)
我們說"讀U盤"、"寫U盤"，可以細化為：把資料寫到U盤的端點1，從U盤的端點2裡讀出資料
除了端點0外，每一個端點只支援一個方向的資料傳輸
端點0用於控制傳輸，既能輸出也能輸入
4. 每一個端點都有傳輸型別，傳輸方向
5. 術語裡、程式裡說的輸入(IN)、輸出(OUT) "都是" 基於USB主機的立場說的。
比如滑鼠的資料是從滑鼠傳到PC機, 對應的端點稱為"輸入端點"
6. USB匯流排驅動程式的作用
a. 識別USB裝置
b. 查詢並安裝對應的裝置驅動程式
c. 提供USB讀寫函式
USB知識
一、USB 描述符：（存在於USB 的E2PROM裡面）
USB裝置描述符的資訊可以在include\linux\usb\ch9.h看到
通過命令lsusb 列出系統中所有的USB裝置：
通過命令lsusb -v 列出系統中所有的USB裝置的各個描述符資訊：
裝置描述符：
struct usb_device_descriptor {
__u8 bLength; //長度
__u8 bDescriptorType; //描述符型別
__le16 bcdUSB;
__u8 bDeviceClass; //裝置型別
__u8 bDeviceSubClass; //裝置子型別
__u8 bDeviceProtocol; //協議
__u8 bMaxPacketSize0; //最大傳輸大小
__le16 idVendor; //廠商 ID
__le16 idProduct; //裝置 ID
__le16 bcdDevice;
__u8 iManufacturer;
__u8 iProduct;
__u8 iSerialNumber; //序列號
__u8 bNumConfigurations; //包含的配置數目(每個USB裝置會對應多個配置)
} __attribute__ ((packed));配置描述符：
struct usb_config_descriptor { //USB 配置描述符
__u8 bLength;
__u8 bDescriptorType;
__le16 wTotalLength; //總長度
__u8 bNumInterfaces; //介面數目(每個介面代表一種功能)
__u8 bConfigurationValue;
__u8 iConfiguration;
__u8 bmAttributes;
__u8 bMaxPower;
} __attribute__ ((packed));介面描述符：
struct usb_interface_descriptor {
__u8 bLength;
__u8 bDescriptorType;
__u8 bInterfaceNumber;
__u8 bAlternateSetting;
__u8 bNumEndpoints;
__u8 bInterfaceClass;
__u8 bInterfaceSubClass;
__u8 bInterfaceProtocol;
__u8 iInterface;
} __attribute__ ((packed));端點描述符：
struct usb_endpoint_descriptor { //USB 端點描述符(每個USB裝置最多有16個端點)
__u8 bLength; //描述符的位元組長度
__u8 bDescriptorType; //描述符型別，對於端點就是USB_DT_ENDPOINT
__u8 bEndpointAddress; //bit0~3表示端點地址，bit8 表示方向，輸入還是輸出
__u8 bmAttributes; //屬性(bit0、bit1構成傳輸型別，00--控制，01--等時，10--批量，11--中斷)
__le16 wMaxPacketSize; //端點一次可以處理的最大位元組數
__u8 bInterval; //希望主機輪詢自己的時間間隔
/* NOTE: these two are _only_ in audio endpoints. */
/* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */
__u8 bRefresh;
__u8 bSynchAddress;
} __attribute__ ((packed));二、USB的傳輸方式：（不同的裝置對於傳輸的資料各有各的要求）
1、 控制傳輸---獲取/配置裝置
2、 中斷傳輸---例如USB滑鼠、USB鍵盤（這裡說的中斷和硬體上下文的中斷不一樣，它不是裝置主動傳送一箇中斷請求，而是主控制器在保證不大於某個時間間隔interval內安排的一次資料傳輸）
3、 批量傳輸---用於大容量資料傳輸，沒有固定的傳輸速率，例如usb印表機、掃描器、U盤等，對應的端點就叫批量端點
4、 等時傳輸---可以傳輸大批量資料，但是對資料是否到達沒有保證，對實時性要求很高， 例如音訊、視訊等裝置（USB攝像頭、USB話筒），對應的端點就叫等時端點
三、URB(usb request block)，USB請求塊
urb 是usb資料傳輸機制使用的核心資料結構，urb供usb協議棧使用；
struct urb {
/* private: usb core and host controller only fields in the urb */
struct kref kref; /* reference count of the URB */
void *hcpriv; /* private data for host controller */
atomic_t use_count; /* concurrent submissions counter */
atomic_t reject; /* submissions will fail */
int unlinked; /* unlink error code */
/* public: documented fields in the urb that can be used by drivers */
struct list_head urb_list; /* list head for use by the urb's
* current owner */
struct list_head anchor_list; /* the URB may be anchored */
struct usb_anchor *anchor;
struct usb_device *dev; /* (in) pointer to associated device */
struct usb_host_endpoint *ep; /* (internal) pointer to endpoint */
unsigned int pipe; /* (in) pipe information */
unsigned int stream_id; /* (in) stream ID */
int status; /* (return) non-ISO status */
unsigned int transfer_flags; /* (in) URB_SHORT_NOT_OK | ...*/
void *transfer_buffer; /* (in) associated data buffer */
dma_addr_t transfer_dma; /* (in) dma addr for transfer_buffer */
struct scatterlist *sg; /* (in) scatter gather buffer list */
int num_mapped_sgs; /* (internal) mapped sg entries */
int num_sgs; /* (in) number of entries in the sg list */
u32 transfer_buffer_length; /* (in) data buffer length */
u32 actual_length; /* (return) actual transfer length */
unsigned char *setup_packet; /* (in) setup packet (control only) */
dma_addr_t setup_dma; /* (in) dma addr for setup_packet */
int start_frame; /* (modify) start frame (ISO) */
int number_of_packets; /* (in) number of ISO packets */
int interval; /* (modify) transfer interval
* (INT/ISO) */
int error_count; /* (return) number of ISO errors */
void *context; /* (in) context for completion */
usb_complete_t complete; /* (in) completion routine */
struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];
/* (in) ISO ONLY */
};urb的使用方法：
1、 分配urb
struct urb *usb_alloc_urb(int iso_packets, gfp_t mem_flags); //\drivers\usb\core\urb.c
2、 初始化urb
void usb_fill_[control | int | bulk]_urb{ } ///對應控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸
3、 提交urb(提交給主控制器,由主控制器傳送給USB裝置)
(1) 非同步提交urb，提交完成後執行通過usb_fill_[control | int | bulk]_urb 傳入的回撥函式
int usb_submit_urb(struct urb *urb, gfp_t mem_flags); //\drivers\usb\core\urb.c
(2) 同步提交urb
int usb_[control | interrupt | bulk]_msg () //\drivers\usb\core\Message.c
四、usb驅動資料結構 usb_device
struct usb_device {
int devnum;
char devpath[16];
u32 route;
enum usb_device_state state;
enum usb_device_speed speed;
...
};五、 管道
每個端點通過管道和usb主控制器連線，管道包括以下幾個部分：
(1) 端點地址
(2) 資料傳輸方向（in 或 out）
(3) 資料傳輸模式
usb_[rcv| snd| ctrl| int| bulk| isoc ]pipe
根據端點地址、傳輸方式和傳輸方向建立不同的pipe：
#define usb_sndctrlpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_CONTROL << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvctrlpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_CONTROL << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndisocpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_ISOCHRONOUS << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvisocpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_ISOCHRONOUS << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndbulkpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_BULK << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvbulkpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_BULK << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN)
#define usb_sndintpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_INTERRUPT << 30) | __create_pipe(dev, endpoint))
#define usb_rcvintpipe(dev, endpoint) \
((PIPE_INTERRUPT << 30) | __create_pipe(dev, endpoint) | USB_DIR_IN