Linux下的USB总线驱动(03)——USB鼠标驱动 usbmouse.c

USB鼠标驱动 usbmouse.c

原文链接:http://www.linuxidc.com/Linux/2012-12/76197p7.htm

drivers/hid/usbhid/usbmouse.c

下面我们分析下USB鼠标驱动,鼠标输入HID类型,其数据传输采用中断URB,鼠标端点类型为IN。我们先看看这个驱动的模块加载部分。

  1. static int __init usb_mouse_init(void)
  2. {
  3. int retval = usb_register(&usb_mouse_driver);
  4. if (retval == 0)
  5. printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_VERSION ":"
  6. DRIVER_DESC "\n");
  7. return retval;
  8. }

模块加载部分仍然是调用usb_register注册USB驱动,我们跟踪看看被注册的usb_mouse_driver

  1. static struct usb_driver usb_mouse_driver = {
  2. .name       = "usbmouse",           //驱动名
  3. .probe      = usb_mouse_probe,
  4. .disconnect = usb_mouse_disconnect,
  5. .id_table   = usb_mouse_id_table,   //支持项
  6. };

关于设备支持项我们前面已经讨论过了

  1. static struct usb_device_id usb_mouse_id_table [] = {
  2. { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
  3. USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },
  4. { } /* Terminating entry */
  5. };
  6. MODULE_DEVICE_TABLE (usb, usb_mouse_id_table);

再细细看看USB_INTERFACE_INFO宏的定义

  1. /**
  2. * USB_INTERFACE_INFO - macro used to describe a class of usb interfaces
  3. * @cl: bInterfaceClass value
  4. * @sc: bInterfaceSubClass value
  5. * @pr: bInterfaceProtocol value
  6. *
  7. * This macro is used to create a struct usb_device_id that matches a
  8. * specific class of interfaces.
  9. */
  10. #define USB_INTERFACE_INFO(cl, sc, pr) \
  11. .match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, \
  12. .bInterfaceClass = (cl), \
  13. .bInterfaceSubClass = (sc), \
  14. .bInterfaceProtocol = (pr)

根据宏,我们知道,我们设置的支持项包括接口类,接口子类,接口协议三个匹配项。

主要看看usb_driver中定义的probe函数

  1. static int usb_mouse_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
  2. {
  3. struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);//由接口获取usb_dev
  4. struct usb_host_interface *interface;
  5. struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
  6. struct usb_mouse *mouse;                           //该驱动私有结构体
  7. struct input_dev *input_dev;                       //输入结构体
  8. int pipe, maxp;
  9. int error = -ENOMEM;
  10. interface = intf->cur_altsetting;                   //获取设置
  11. if (interface->desc.bNumEndpoints != 1)             //鼠标端点只有1个
  12. return -ENODEV;
  13. endpoint = &interface->endpoint[0].desc;            //获取端点描述符
  14. if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint))              //检查该端点是否是中断输入端点
  15. return -ENODEV;
  16. pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);  //建立中断输入端点
  17. maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));      //端点能传输的最大数据包(Mouse为4个)
  18. mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL);   //分配usb_mouse结构体
  19. input_dev = input_allocate_device();                     //分配input设备空间
  20. if (!mouse || !input_dev)
  21. goto fail1;
  22. mouse->data = usb_alloc_coherent(dev, 8, GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma); //分配缓冲区
  23. if (!mouse->data)
  24. goto fail1;
  25. mouse->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);                              //分配urb
  26. if (!mouse->irq)
  27. goto fail2;
  28. mouse->usbdev = dev;         //填充mouse的usb_device结构体
  29. mouse->dev = input_dev;      //填充mouse的input结构体
  30. if (dev->manufacturer)       //复制厂商ID
  31. strlcpy(mouse->name, dev->manufacturer, sizeof(mouse->name));
  32. if (dev->product) {          //复制产品ID
  33. if (dev->manufacturer)
  34. strlcat(mouse->name, " ", sizeof(mouse->name));
  35. strlcat(mouse->name, dev->product, sizeof(mouse->name));
  36. }
  37. if (!strlen(mouse->name))
  38. snprintf(mouse->name, sizeof(mouse->name),
  39. "USB HIDBP Mouse %04x:%04x",
  40. le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
  41. le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));
  42. usb_make_path(dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys));
  43. strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys)); //获取usb_mouse的设备节点
  44. input_dev->name = mouse->name;                        //将鼠标名赋给内嵌input结构体
  45. input_dev->phys = mouse->phys;                        //将鼠标设备节点名赋给内嵌input结构体
  46. usb_to_input_id(dev, &input_dev->id);                 //将usb_driver的支持项拷贝给input
  47. input_dev->dev.parent = &intf->dev;
  48. input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REL);     //支持按键事件和相对坐标事件
  49. input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] = BIT_MASK(BTN_LEFT) |
  50. BIT_MASK(BTN_RIGHT) | BIT_MASK(BTN_MIDDLE);            //表明按键值包括左键、中键和右键
  51. input_dev->relbit[0] = BIT_MASK(REL_X) | BIT_MASK(REL_Y);      //表明相对坐标包括X坐标和Y坐标
  52. input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] |= BIT_MASK(BTN_SIDE) |
  53. BIT_MASK(BTN_EXTRA);                                   //表明除了左键、右键和中键,还支持其他按键
  54. input_dev->relbit[0] |= BIT_MASK(REL_WHEEL);                   //表明还支持中键滚轮的滚动值
  55. input_set_drvdata(input_dev, mouse);                           //将mouse设为input的私有数据
  56. input_dev->open = usb_mouse_open;                              //input设备的open操作函数
  57. input_dev->close = usb_mouse_close;
  58. usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data,
  59. (maxp > 8 ? 8 : maxp),
  60. usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval);   //填充urb
  61. mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;
  62. mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;         //使用transfer_dma
  63. error = input_register_device(mouse->dev);                     //注册input设备
  64. if (error)
  65. goto fail3;
  66. usb_set_intfdata(intf, mouse);
  67. return 0;
  68. fail3:
  69. usb_free_urb(mouse->irq);
  70. fail2:
  71. usb_free_coherent(dev, 8, mouse->data, mouse->data_dma);
  72. fail1:
  73. input_free_device(input_dev);
  74. kfree(mouse);
  75. return error;
  76. }

在探讨probe实现的功能时,我们先看看urb填充函数usb_fill_int_urb

  1. /**
  2. * usb_fill_int_urb - macro to help initialize a interrupt urb
  3. * @urb: pointer to the urb to initialize.
  4. * @dev: pointer to the struct usb_device for this urb.
  5. * @pipe: the endpoint pipe
  6. * @transfer_buffer: pointer to the transfer buffer
  7. * @buffer_length: length of the transfer buffer
  8. * @complete_fn: pointer to the usb_complete_t function
  9. * @context: what to set the urb context to.
  10. * @interval: what to set the urb interval to, encoded like
  11. *  the endpoint descriptor's bInterval value.
  12. *
  13. * Initializes a interrupt urb with the proper information needed to submit
  14. * it to a device.
  15. *
  16. * Note that High Speed and SuperSpeed interrupt endpoints use a logarithmic
  17. * encoding of the endpoint interval, and express polling intervals in
  18. * microframes (eight per millisecond) rather than in frames (one per
  19. * millisecond).
  20. *
  21. * Wireless USB also uses the logarithmic encoding, but specifies it in units of
  22. * 128us instead of 125us.  For Wireless USB devices, the interval is passed
  23. * through to the host controller, rather than being translated into microframe
  24. * units.
  25. */
  26. static inline void usb_fill_int_urb(struct urb *urb,
  27. struct usb_device *dev,
  28. unsigned int pipe,
  29. void *transfer_buffer,
  30. int buffer_length,
  31. usb_complete_t complete_fn,
  32. void *context,
  33. int interval)
  34. {
  35. urb->dev = dev;
  36. urb->pipe = pipe;
  37. urb->transfer_buffer = transfer_buffer;
  38. urb->transfer_buffer_length = buffer_length;
  39. urb->complete = complete_fn;
  40. urb->context = context;
  41. if (dev->speed == USB_SPEED_HIGH || dev->speed == USB_SPEED_SUPER)
  42. urb->interval = 1 << (interval - 1);
  43. else
  44. urb->interval = interval;
  45. urb->start_frame = -1;
  46. }

其实probe主要是初始化usb设备和input设备,终极目标是为了完成urb的提交和input设备的注册。由于注册为input设备类型,那么当用户层open打开设备时候,最终会调用input中的open实现打开,我们看看input中open的实现

  1. static int usb_mouse_open(struct input_dev *dev)
  2. {
  3. struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev);   //获取私有数据
  4. mouse->irq->dev = mouse->usbdev;                    //获取utb指针
  5. if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL))         //提交urb
  6. return -EIO;
  7. return 0;
  8. }

当用户层open打开这个USB鼠标后,我们就已经将urb提交给了USB core,那么根据USB数据处理流程知道,当处理完毕后,USB core会通知USB设备驱动程序,这里我们是响应中断服务程序,这就相当于该URB的回调函数。我们在提交urb时候定义了中断服务程序 usb_mouse_irq,我们跟踪看看

  1. static void usb_mouse_irq(struct urb *urb)
  2. {
  3. struct usb_mouse *mouse = urb->context;
  4. signed char *data = mouse->data;
  5. struct input_dev *dev = mouse->dev;
  6. int status;
  7. switch (urb->status) {
  8. case 0:         /* success */
  9. break;
  10. case -ECONNRESET:   /* unlink */
  11. case -ENOENT:
  12. case -ESHUTDOWN:
  13. return;
  14. /* -EPIPE:  should clear the halt */
  15. default:        /* error */
  16. goto resubmit;                             //数据处理没成功,重新提交urb
  17. }
  18. input_report_key(dev, BTN_LEFT,   data[0] & 0x01); //左键
  19. input_report_key(dev, BTN_RIGHT,  data[0] & 0x02); //
  20. input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, data[0] & 0x04); //
  21. input_report_key(dev, BTN_SIDE,   data[0] & 0x08); //
  22. input_report_key(dev, BTN_EXTRA,  data[0] & 0x10); //
  23. input_report_rel(dev, REL_X,     data[1]);         //鼠标的水平位移
  24. input_report_rel(dev, REL_Y,     data[2]);         //鼠标的垂直位移
  25. input_report_rel(dev, REL_WHEEL, data[3]);         //鼠标滚轮的滚动值
  26. input_sync(dev);                                   //同步事件,完成一次上报
  27. resubmit:
  28. status = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC);         //再次提交urb,等待下次响应
  29. if (status)
  30. err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
  31. mouse->usbdev->bus->bus_name,
  32. mouse->usbdev->devpath, status);
  33. }

根据上面的中断服务程序,我们应该知道,系统是周期性地获取鼠标的事件信息,因此在URB回调函数的末尾再次提交URB请求块,这样又会调用新的回调函数,周而复始。在回调函数中提交URB只能是GFP_ATOMIC优先级,因为URB回调函数运行于中断上下文中禁止导致睡眠的行为。而在提交URB 过程中可能会需要申请内存、保持信号量,这些操作或许会导致USB内核睡眠。

最后我们再看看这个驱动的私有数据mouse的定义

  1. struct usb_mouse {
  2. char name[128];             //名字
  3. char phys[64];              //设备节点
  4. struct usb_device *usbdev;  //内嵌usb_device设备
  5. struct input_dev *dev;      //内嵌input_dev设备
  6. struct urb *irq;            //urb结构体
  7. signed char *data;          //transfer_buffer缓冲区
  8. dma_addr_t data_dma;        //transfer _dma缓冲区
  9. };

在上面这个结构体中,每一个成员的作用都应该很清楚了,尤其最后两个的使用区别和作用,前面也已经说过。

如果最终需要测试这个USB鼠标驱动,需要在内核中配置USB支持、对HID接口的支持、对OHCI HCD驱动的支持。另外,将驱动移植到开发板之后,由于采用的是input设备模型,所以还需要开发板带LCD屏才能测试。

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