USB驱动——键盘，U盘

文章转自 http://my.csdn.net/weiqing1981127

一 . USB 键盘

跟USB鼠标类型，USB键盘也属于HID类型，代码在/dirver/hid/usbhid/usbkbd.c下。USB键盘除了提交中断URB外，还需要提交控制URB。不多话，我们看代码

static int __init usb_kbd_init(void)

{

int result = usb_register(&usb_kbd_driver); //注册USB驱动

if (result == 0)

printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_VERSION ":"

DRIVER_DESC "\n");

return result;

}

static struct usb_driver usb_kbd_driver = {

.name = "usbkbd",

.probe = usb_kbd_probe,

.disconnect = usb_kbd_disconnect,

.id_table = usb_kbd_id_table,

};

大家都懂，下面跟踪usb_driver中的probe

static int usb_kbd_probe(struct usb_interface *iface,

const struct usb_device_id *id)

{

struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(iface); //由接口获得设备

struct usb_host_interface *interface; //设置

struct usb_endpoint_descriptor *endpoint; //端点描述符

struct usb_kbd *kbd; //私有数据

struct input_dev *input_dev; //input设备

int i, pipe, maxp;

int error = -ENOMEM;

interface = iface->cur_altsetting; //获得设置

if (interface->desc.bNumEndpoints != 1) //只有一个端点

return -ENODEV;

endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //获取端点描述符

if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint)) //端点必须是中断输入端点

return -ENODEV;

pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //建立中断输入端点

maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe)); //获取返回字节大小

kbd = kzalloc(sizeof(struct usb_kbd), GFP_KERNEL); //分配私有数据空间

input_dev = input_allocate_device(); //分配input设备空间

if (!kbd || !input_dev)

goto fail1;

if (usb_kbd_alloc_mem(dev, kbd)) //分配urb空间和其他缓冲空间

goto fail2;

kbd->usbdev = dev; //给内嵌结构体赋值

kbd->dev = input_dev; //给内嵌结构体赋值

if (dev->manufacturer)

strlcpy(kbd->name, dev->manufacturer, sizeof(kbd->name));

if (dev->product) {

if (dev->manufacturer)

strlcat(kbd->name, " ", sizeof(kbd->name));

strlcat(kbd->name, dev->product, sizeof(kbd->name));

}

if (!strlen(kbd->name))

snprintf(kbd->name, sizeof(kbd->name),

"USB HIDBP Keyboard %04x:%04x",

le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),

le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));

usb_make_path(dev, kbd->phys, sizeof(kbd->phys));

strlcpy(kbd->phys, "/input0", sizeof(kbd->phys));

input_dev->name = kbd->name;

input_dev->phys = kbd->phys;

usb_to_input_id(dev, &input_dev->id); //复制usb_driver的支持项给input的支持项

input_dev->dev.parent = &iface->dev;

input_set_drvdata(input_dev, kbd); //将kbd设置为input的私有数据

input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_LED) |

BIT_MASK(EV_REP);

input_dev->ledbit[0] = BIT_MASK(LED_NUML) | BIT_MASK(LED_CAPSL) |

BIT_MASK(LED_SCROLLL) | BIT_MASK(LED_COMPOSE) |

BIT_MASK(LED_KANA);

for (i = 0; i < 255; i++)

set_bit(usb_kbd_keycode[i], input_dev->keybit);

clear_bit(0, input_dev->keybit);

input_dev->event = usb_kbd_event; //定义event函数

input_dev->open = usb_kbd_open;

input_dev->close = usb_kbd_close;

usb_fill_int_urb(kbd->irq, dev, pipe,kbd->new, (maxp > 8 ? 8 : maxp),

usb_kbd_irq, kbd, endpoint->bInterval); //填充中断urb

kbd->irq->transfer_dma = kbd->new_dma;

kbd->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; //dma方式传输

kbd->cr->bRequestType = USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE;

kbd->cr->bRequest = 0x09; //设置控制请求的格式

kbd->cr->wValue = cpu_to_le16(0x200);

kbd->cr->wIndex = cpu_to_le16(interface->desc.bInterfaceNumber);

kbd->cr->wLength = cpu_to_le16(1);

usb_fill_control_urb(kbd->led, dev, usb_sndctrlpipe(dev, 0), (void *) kbd->cr, kbd->leds, 1,

usb_kbd_led, kbd); //填充控制urb

kbd->led->setup_dma = kbd->cr_dma;

kbd->led->transfer_dma = kbd->leds_dma;

kbd->led->transfer_flags |= (URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP | URB_NO_SETUP_DMA_MAP); //设置dma和setup_dma有效

error = input_register_device(kbd->dev); //注册input设备

if (error)

goto fail2;

usb_set_intfdata(iface, kbd);

return 0;

fail2:

usb_kbd_free_mem(dev, kbd);

fail1:

input_free_device(input_dev);

kfree(kbd);

return error;

}

在上面的probe中，我们主要是初始化一些结构体，然后提交中断urb和控制urb，并注册input设备。其中有几个地方需要细看下，其一，usb_kbd_alloc_mem的实现。其二，设置控制请求的格式。

先来看看usb_kbd_alloc_mem的实现

static int usb_kbd_alloc_mem(struct usb_device *dev, struct usb_kbd *kbd)

{

if (!(kbd->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL))) //分配中断urb

return -1;

if (!(kbd->led = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL))) //分配控制urb

return -1;

if (!(kbd->new = usb_buffer_alloc(dev, 8, GFP_ATOMIC, &kbd->new_dma))) return -1;

if (!(kbd->cr = usb_buffer_alloc(dev, sizeof(struct usb_ctrlrequest), GFP_ATOMIC, &kbd->cr_dma))) //分配控制urb使用的控制请求描述符

return -1;

if (!(kbd->leds = usb_buffer_alloc(dev, 1, GFP_ATOMIC, &kbd->leds_dma)))

return -1; //分配中断urb使用的缓冲区

return 0;

}

这里我们需要明白中断urb和控制urb需要分配不同的urb结构体，同时在提交urb之前，需要填充的内容也不同，中断urb填充的是缓冲区和中断处理函数，控制urb填充的是控制请求描述符合回调函数。

好了，接着我们解决第二个问题，设置控制请求的格式。cr是struct usb_ctrlrequest结构的指针，USB协议中规定一个控制请求的格式为一个8个字节的数据包，其定义如下

struct usb_ctrlrequest {

__u8 bRequestType; //设定传输方向、请求类型等

__u8 bRequest; //指定哪个请求，可以是规定的标准值也可以是厂家定义的值

__le16 wValue; //即将写到寄存器的数据

__le16 wIndex; //接口数量，也就是寄存器的偏移地址

__le16 wLength; //数据传输阶段传输多少个字节

} __attribute__ ((packed));

USB协议中规定，所有的USB设备都会响应主机的一些请求，这些请求来自USB主机控制器，主机控制器通过设备的默认控制管道发出这些请求。默认的管道为0号端口对应的那个管道。

同样这个input设备首先由用户层调用open函数，所以先看看input中定义的open

static int usb_kbd_open(struct input_dev *dev)

{

struct usb_kbd *kbd = input_get_drvdata(dev);

kbd->irq->dev = kbd->usbdev;

if (usb_submit_urb(kbd->irq, GFP_KERNEL)) //提交中断urb

return -EIO;

return 0;

}

因为这个驱动里面有一个中断urb一个控制urb，我们先看中断urb的处理流程。中断urb在input的open中被提交后，当USB核心处理完毕，会通知这个USB设备驱动，然后执行回调函数，也就是中断处理函数usb_kbd_irq

/*
* status 值为 0 表示 urb 成功返回，直接跳出循环把鼠标事件报告给输入子系统。
* ECONNRESET 出错信息表示 urb 被 usb_unlink_urb 函数给 unlink 了，ENOENT 出错信息表示 urb 被
* usb_kill_urb 函数给 kill 了。usb_kill_urb 表示彻底结束 urb 的生命周期，而 usb_unlink_urb 则
* 是停止 urb，这个函数不等 urb 完全终止就会返回给回调函数。这在运行中断处理程序时或者等待某自旋锁
* 时非常有用，在这两种情况下是不能睡眠的，而等待一个 urb 完全停止很可能会出现睡眠的情况。
* ESHUTDOWN 这种错误表示 USB 主控制器驱动程序发生了严重的错误，或者提交完 urb 的一瞬间设备被拔出。
* 遇见除了以上三种错误以外的错误，将申请重传 urb。
*/

static void usb_kbd_irq(struct urb *urb)

{

struct usb_kbd *kbd = urb->context;

int i;

switch (urb->status) {

case 0: //成功

break;

case -ECONNRESET: //未连接

case -ENOENT:

case -ESHUTDOWN:

return;

default:

goto resubmit; //出错就再次提交中断urb

}

for (i = 0; i < 8; i++) //向input子系统报告

input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1);

for (i = 2; i < 8; i++) {

if (kbd->old[i] > 3 && memscan(kbd->new + 2, kbd->old[i], 6) == kbd->new + 8) {

if (usb_kbd_keycode[kbd->old[i]])

input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->old[i]], 0);

else

dev_info(&urb->dev->dev,

"Unknown key (scancode %#x) released.\n", kbd->old[i]);

}

if (kbd->new[i] > 3 && memscan(kbd->old + 2, kbd->new[i], 6) == kbd->old + 8) {

if (usb_kbd_keycode[kbd->new[i]])

input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->new[i]], 1);

else

dev_info(&urb->dev->dev,

"Unknown key (scancode %#x) released.\n", kbd->new[i]);

}

input_sync(kbd->dev);

memcpy(kbd->old, kbd->new, 8);

resubmit:

i = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); //再次提交中断urb

if (i)

err_hid ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",

kbd->usbdev->bus->bus_name,

kbd->usbdev->devpath, i);

}

这个就是中断urb的处理流程，跟前面讲的的USB鼠标中断处理流程类似。好了，我们再来看看剩下的控制urb处理流程吧。

我们有个疑问，我们知道在probe中，我们填充了中断urb和控制urb，但是在input的open中，我们只提交了中断urb，那么控制urb什么时候提交呢？

我们知道对于input子系统，如果有事件被响应，我们会调用事件处理层的event函数，而该函数最终调用的是input下的event。所以，对于input设备，我们在USB键盘驱动中只设置了支持LED选项，也就是ledbit项，这是怎么回事呢？刚才我们分析的那个中断urb其实跟这个input基本没啥关系，中断urb并不是像讲键盘input实现的那样属于input下的中断。我们在USB键盘驱动中的input子系统中只设计了LED选项，那么当input子系统有按键选项的时候必然会使得内核调用调用事件处理层的event函数，最终调用input下的event。好了，那我们来看看input下的event干了些什么。

static int usb_kbd_event(struct input_dev *dev, unsigned int type,

unsigned int code, int value)

{

struct usb_kbd *kbd = input_get_drvdata(dev);

if (type != EV_LED) //不是LED事件就返回

return -1;

//将当前的LED值保存在kbd->newleds中

kbd->newleds = (!!test_bit(LED_KANA, dev->led) << 3) | (!!test_bit(LED_COMPOSE, dev->led) << 3) | (!!test_bit(LED_SCROLLL, dev->led) << 2) | (!!test_bit(LED_CAPSL, dev->led) << 1) |(!!test_bit(LED_NUML, dev->led));

if (kbd->led->status == -EINPROGRESS)

return 0;

if (*(kbd->leds) == kbd->newleds)

return 0;

*(kbd->leds) = kbd->newleds;

kbd->led->dev = kbd->usbdev;

if (usb_submit_urb(kbd->led, GFP_ATOMIC)) //提交控制urb

err_hid("usb_submit_urb(leds) failed");

return 0;

}

当在input的event里提交了控制urb后，经过URB处理流程，最后返回给USB设备驱动的回调函数，也就是在probe中定义的usb_kbd_led

static void usb_kbd_led(struct urb *urb)

{

struct usb_kbd *kbd = urb->context;

if (urb->status) //提交失败显示

dev_warn(&urb->dev->dev, "led urb status %d received\n",

urb->status);

//比较kbd->leds和kbd->newleds，如果发生变化，则更新kbd->leds

if (*(kbd->leds) == kbd->newleds)

return;

*(kbd->leds) = kbd->newleds;

kbd->led->dev = kbd->usbdev;

if (usb_submit_urb(kbd->led, GFP_ATOMIC)) //再次提交控制urb

err_hid("usb_submit_urb(leds) failed");

}

总结下，我们的控制urb走的是先由input的event提交，触发后由控制urb的回调函数再次提交。好了，通过USB键盘，我们已经知道了控制urb和中断urb的设计和处理流程。

二 . U盘驱动分析

USB Mass Storage是一类USB存储设备，这些设备包括USB磁盘、USB硬盘、USB磁带机、USB光驱、U盘、记忆棒、智能卡和一些USB摄像头等，这类设备由USB协议支持。

首先我想去看看/driver/usb/storage/Makefile

EXTRA_CFLAGS := -Idrivers/scsi

obj-$(CONFIG_USB_STORAGE) += usb-storage.o

usb-storage-obj-$(CONFIG_USB_STORAGE_DEBUG) += debug.o

usb-storage-objs := scsiglue.o protocol.o transport.o usb.o \

initializers.o sierra_ms.o option_ms.o $(usb-storage-obj-y)

这是Makefile中前几行代码，在此我进行一个说明。第一行，-I选项表示需要编译的目录。当本Makefile文件被编译器读取时，会先判断/driver/scsi目录下的文件是否已经被编译，如果没有被编译，则先编译该目录下的文件后，再转到该Makefile文件中。第二行就是USB Mass Storage选项，是总指挥。第三行是调试部分。第四行说明了这个文件夹也就是usb-storage模块必须包含的文件，这些文件将是主要分析的对象，目前我们分析USB驱动，所以重点去分析这些文件中的usb.c

同样，我们先看看usb.c中的模块加载部分

static int __init usb_stor_init(void)

{

int retval;

printk(KERN_INFO "Initializing USB Mass Storage driver...\n");

retval = usb_register(&usb_storage_driver); //注册usb_driver驱动

if (retval == 0) {

printk(KERN_INFO "USB Mass Storage support registered.\n");

usb_usual_set_present(USB_US_TYPE_STOR);

}

return retval;

}

static struct usb_driver usb_storage_driver = {

.name = "usb-storage",

.probe = storage_probe,

.disconnect = usb_stor_disconnect,

.suspend = usb_stor_suspend,

.resume = usb_stor_resume,

.reset_resume = usb_stor_reset_resume,

.pre_reset = usb_stor_pre_reset,

.post_reset = usb_stor_post_reset,

.id_table = usb_storage_usb_ids,

.soft_unbind = 1,

};

下面重点我们来看看这个probe函数

static int storage_probe(struct usb_interface *intf,

const struct usb_device_id *id)

{

struct us_data *us;

int result;

//检测匹配

if (usb_usual_check_type(id, USB_US_TYPE_STOR) ||usb_usual_ignore_device(intf))

return -ENXIO;

//探测的第一部分

result = usb_stor_probe1(&us, intf, id,(id - usb_storage_usb_ids) + us_unusual_dev_list);

if (result)

return result;

result = usb_stor_probe2(us); //探测的第二部分

return result;

}

我们发现U盘驱动的探测分为两个部分，我们先来看看第一个部分usb_stor_probe1

int usb_stor_probe1(struct us_data **pus,struct usb_interface *intf,

const struct usb_device_id *id,struct us_unusual_dev *unusual_dev)

{

struct Scsi_Host *host;

struct us_data *us;

int result;

US_DEBUGP("USB Mass Storage device detected\n");

host = scsi_host_alloc(&usb_stor_host_template, sizeof(*us)); //分配Scsi_Host结构体

if (!host) {

printk(KERN_WARNING USB_STORAGE

"Unable to allocate the scsi host\n");

return -ENOMEM;

}

host->max_cmd_len = 16;

*pus = us = host_to_us(host); //从host结构体中提取出us_data结构体

memset(us, 0, sizeof(struct us_data));

mutex_init(&(us->dev_mutex));

init_completion(&us->cmnd_ready); //初始化完成量

init_completion(&(us->notify));

init_waitqueue_head(&us->delay_wait); //初始化等待队列头

init_completion(&us->scanning_done); //初始化完成量

result = associate_dev(us, intf); //将us_data与USB设备相关联

if (result)

goto BadDevice;

result = get_device_info(us, id, unusual_dev); //获取设备信息

if (result)

goto BadDevice;

get_transport(us); //获取传输方式

get_protocol(us); //获取传输协议

return 0;

BadDevice:

US_DEBUGP("storage_probe() failed\n");

release_everything(us);

return result;

}

我们再看看U盘驱动的探测的第二部分usb_stor_probe2

int usb_stor_probe2(struct us_data *us)

{

struct task_struct *th;

int result;

if (!us->transport || !us->proto_handler) {

result = -ENXIO;

goto BadDevice;

}

US_DEBUGP("Transport: %s\n", us->transport_name);

US_DEBUGP("Protocol: %s\n", us->protocol_name);

if (us->fflags & US_FL_SINGLE_LUN)

us->max_lun = 0;

result = get_pipes(us); //获得管道

if (result)

goto BadDevice;

result = usb_stor_acquire_resources(us); //获取资源

if (result)

goto BadDevice;

result = scsi_add_host(us_to_host(us), &us->pusb_intf->dev); //添加scsi

if (result) {

printk(KERN_WARNING USB_STORAGE

"Unable to add the scsi host\n");

goto BadDevice;

}

th = kthread_create(usb_stor_scan_thread, us, "usb-stor-scan"); //创建线程

if (IS_ERR(th)) {

printk(KERN_WARNING USB_STORAGE

"Unable to start the device-scanning thread\n");

complete(&us->scanning_done);

quiesce_and_remove_host(us);

result = PTR_ERR(th);

goto BadDevice;

}

wake_up_process(th); //唤醒usb_stor_scan_thread线程

return 0;

BadDevice:

US_DEBUGP("storage_probe() failed\n");

release_everything(us);

return result;

}

好了，我们已经把probe大致阅读了一下，主要通过assocaite_dev()，get_device_info()，get_transport()，get_protocol()，get_pipes()五个函数来为us结构体赋值，然后调用usb_stor_acquire_resources()来得到设备需要的动态资源。最后创建扫描线程usb_stor_scan_thread，让用户能通过cat /proc/scsi/scsi看到U盘设备。现在我们一个个分析下这里提到了每个函数。

首先我们看看来为us结构体赋值的设备关联函数associate_dev的实现

static int associate_dev(struct us_data *us, struct usb_interface *intf)

{

US_DEBUGP("-- %s\n", __func__);

us->pusb_dev = interface_to_usbdev(intf); //由接口获取设备

us->pusb_intf = intf; //接口赋值

us->ifnum = intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceNumber; //接口数量

US_DEBUGP("Vendor: 0x%04x, Product: 0x%04x, Revision: 0x%04x\n",

le16_to_cpu(us->pusb_dev->descriptor.idVendor),

le16_to_cpu(us->pusb_dev->descriptor.idProduct),

le16_to_cpu(us->pusb_dev->descriptor.bcdDevice));

US_DEBUGP("Interface Subclass: 0x%02x, Protocol: 0x%02x\n",

intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceSubClass,

intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceProtocol);

usb_set_intfdata(intf, us); //把us设置为接口的私有数据

//分配控制urb的控制字符空间

us->cr = usb_buffer_alloc(us->pusb_dev, sizeof(*us->cr),GFP_KERNEL, &us->cr_dma);

if (!us->cr) {

US_DEBUGP("usb_ctrlrequest allocation failed\n");

return -ENOMEM;

}

us->iobuf = usb_buffer_alloc(us->pusb_dev, US_IOBUF_SIZE,

GFP_KERNEL, &us->iobuf_dma); //分配urb的缓冲区

if (!us->iobuf) {

US_DEBUGP("I/O buffer allocation failed\n");

return -ENOMEM;

}

return 0;

}

然后我们继续看获得设备信息函数get_device_info的实现

static int get_device_info(struct us_data *us, const struct usb_device_id *id,

struct us_unusual_dev *unusual_dev)

{

struct usb_device *dev = us->pusb_dev;

struct usb_interface_descriptor *idesc =&us->pusb_intf->cur_altsetting->desc;

us->unusual_dev = unusual_dev; //不常用的设备

//找到USB设备支持的子类和协议

us->subclass = (unusual_dev->useProtocol == US_SC_DEVICE) ?

idesc->bInterfaceSubClass :unusual_dev->useProtocol;

us->protocol = (unusual_dev->useTransport == US_PR_DEVICE) ?

idesc->bInterfaceProtocol :unusual_dev->useTransport;

us->fflags = USB_US_ORIG_FLAGS(id->driver_info);

adjust_quirks(us);

if (us->fflags & US_FL_IGNORE_DEVICE) {//USB设备不能被系统识别则退出

printk(KERN_INFO USB_STORAGE "device ignored\n");

return -ENODEV;

}

if (dev->speed != USB_SPEED_HIGH) //USB设备不支持高速则改为低速

us->fflags &= ~US_FL_GO_SLOW;

//根据生产厂商和产品号来设置协议、传输类型等参数

if (id->idVendor || id->idProduct) {

static const char *msgs[3] = {

"an unneeded SubClass entry",

"an unneeded Protocol entry",

"unneeded SubClass and Protocol entries"};

struct usb_device_descriptor *ddesc = &dev->descriptor;

int msg = -1;

if (unusual_dev->useProtocol != US_SC_DEVICE &&

us->subclass == idesc->bInterfaceSubClass)

msg += 1;

if (unusual_dev->useTransport != US_PR_DEVICE &&

us->protocol == idesc->bInterfaceProtocol)

msg += 2;

if (msg >= 0 && !(us->fflags & US_FL_NEED_OVERRIDE))

printk(KERN_NOTICE USB_STORAGE "This device "

"(%04x,%04x,%04x S %02x P %02x)" //%04x 表示按16进制输出数据，最小输出宽度为4个字符，右对齐，如果输出的数据小于4个字符，前补0

" has %s in unusual_devs.h (kernel"

" %s)\n"

" Please send a copy of this message to "

"<linux-usb@vger.kernel.org> and "

"<usb-storage@lists.one-eyed-alien.net>\n",

le16_to_cpu(ddesc->idVendor),

le16_to_cpu(ddesc->idProduct),

le16_to_cpu(ddesc->bcdDevice),

idesc->bInterfaceSubClass,

idesc->bInterfaceProtocol,

msgs[msg],

utsname()->release);

}

return 0;

}

我们继续看得到传输协议函数get_transport，这个函数主要获得USB设备支持的通信协议，并设置USB驱动的传输类型。对于U盘，USB协议规定它属于Bulk-only的传输方式，也就是它的us->protocot为US_PR_BULK

static void get_transport(struct us_data *us)

{

switch (us->protocol) {

case US_PR_CB:

us->transport_name = "Control/Bulk";

us->transport = usb_stor_CB_transport;

us->transport_reset = usb_stor_CB_reset;

us->max_lun = 7;

break;

case US_PR_CBI:

us->transport_name = "Control/Bulk/Interrupt";

us->transport = usb_stor_CB_transport;

us->transport_reset = usb_stor_CB_reset;

us->max_lun = 7;

break;

case US_PR_BULK:

us->transport_name = "Bulk";

us->transport = usb_stor_Bulk_transport; //传输函数

us->transport_reset = usb_stor_Bulk_reset;

break;

}

好了，接着我们看获得协议信息的get_protocol函数，该函数根据不同的协议，用来设置协议的传输函数。对于U盘，USB协议规定us->subclass为US_SC_SCSI

static void get_protocol(struct us_data *us)

{

switch (us->subclass) {

case US_SC_RBC:

us->protocol_name = "Reduced Block Commands (RBC)";

us->proto_handler = usb_stor_transparent_scsi_command;

break;

case US_SC_8020:

us->protocol_name = "8020i";

us->proto_handler = usb_stor_pad12_command;

us->max_lun = 0;

break;

case US_SC_QIC:

us->protocol_name = "QIC-157";

us->proto_handler = usb_stor_pad12_command;

us->max_lun = 0;

break;

case US_SC_8070:

us->protocol_name = "8070i";

us->proto_handler = usb_stor_pad12_command;

us->max_lun = 0;

break;

case US_SC_SCSI:

us->protocol_name = "Transparent SCSI";

us->proto_handler = usb_stor_transparent_scsi_command; //协议处理函数

break;

case US_SC_UFI:

us->protocol_name = "Uniform Floppy Interface (UFI)";

us->proto_handler = usb_stor_ufi_command;

break;

}

最后一个初始化us的函数是获得管道信息的get_pipes函数。

static int get_pipes(struct us_data *us)

{

struct usb_host_interface *altsetting =us->pusb_intf->cur_altsetting; //获取设置

int i;

struct usb_endpoint_descriptor *ep; //定义端点描述符

struct usb_endpoint_descriptor *ep_in = NULL; //定义输入端点描述符

struct usb_endpoint_descriptor *ep_out = NULL; //定义输出端点描述符

struct usb_endpoint_descriptor *ep_int = NULL; //定义中断端点描述符

for (i = 0; i < altsetting->desc.bNumEndpoints; i++) {

ep = &altsetting->endpoint[i].desc; //获取端点描述符

if (usb_endpoint_xfer_bulk(ep)) { //是否是批量传输端点

if (usb_endpoint_dir_in(ep)) { //是否是输入端点

if (!ep_in)

ep_in = ep; //设置为批量传输输入端点

} else {

if (!ep_out)

ep_out = ep; //设置为批量传输输出端点

}

else if (usb_endpoint_is_int_in(ep)) { //是否是中断端点

if (!ep_int)

ep_int = ep; //设置为中断端点

}

if (!ep_in || !ep_out || (us->protocol == US_PR_CBI && !ep_int)) {

US_DEBUGP("Endpoint sanity check failed! Rejecting dev.\n");

return -EIO;

}

us->send_ctrl_pipe = usb_sndctrlpipe(us->pusb_dev, 0); //建立输出控制端点

us->recv_ctrl_pipe = usb_rcvctrlpipe(us->pusb_dev, 0); //建立输入控制端点

//建立输出批量传输端点

us->send_bulk_pipe = usb_sndbulkpipe(us->pusb_dev, usb_endpoint_num(ep_out));

//建立输入批量传输端点

us->recv_bulk_pipe = usb_rcvbulkpipe(us->pusb_dev, usb_endpoint_num(ep_in));

if (ep_int) {

//建立中断传输端点

us->recv_intr_pipe = usb_rcvintpipe(us->pusb_dev,usb_endpoint_num(ep_int));

us->ep_bInterval = ep_int->bInterval; //设置中断间隔时间

}

return 0;

}

分析完上面get_pipes的代码，需要补充说明的是，在我们的U盘中只有输入批量传输和输出批量传输两个端点，不存在控制端点，如果出现控制端点，那么设备支持CBI协议，即Control/Bulk/Interrupt协议，另外U盘也没有中断端点。

分析完上面五个对cr初始化的函数后，我们接着需要看usb_stor_acquire_resources了，这个函数主要功能是初始化设备，并创建数据传输的控制线程。

static int usb_stor_acquire_resources(struct us_data *us)

{

int p;

struct task_struct *th;

us->current_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); //申请urb

if (!us->current_urb) {

US_DEBUGP("URB allocation failed\n");

return -ENOMEM;

}

if (us->unusual_dev->initFunction) { //特殊设备的初始化函数

p = us->unusual_dev->initFunction(us);

if (p)

return p;

}

th = kthread_run(usb_stor_control_thread, us, "usb-storage"); //创建并执行控制线程

if (IS_ERR(th)) {

printk(KERN_WARNING USB_STORAGE

"Unable to start control thread\n");

return PTR_ERR(th);

}

us->ctl_thread = th; //保存线程号

return 0;

}

在上面这个usb_stor_acquire_resources函数中，我们创建并执行了usb_stor_control_thread这个内核线程，这个控制线程用来完成数据的接收和发送，它会一直运行，直到驱动程序退出。

我们来看看这个控制线程。

static int usb_stor_control_thread(void * __us)

{

struct us_data *us = (struct us_data *)__us;

struct Scsi_Host *host = us_to_host(us);

for(;;) {

US_DEBUGP("*** thread sleeping.\n");

if (wait_for_completion_interruptible(&us->cmnd_ready)) //等待用户层SISI命令唤醒

break;

US_DEBUGP("*** thread awakened.\n");

mutex_lock(&(us->dev_mutex));

scsi_lock(host);

if (us->srb == NULL) { //为循环中超时后的退出

scsi_unlock(host);

mutex_unlock(&us->dev_mutex);

US_DEBUGP("-- exiting\n");

break;

}

if (test_bit(US_FLIDX_TIMED_OUT, &us->dflags)) { //直接跳到超时判断去

us->srb->result = DID_ABORT << 16;

goto SkipForAbort;

}

scsi_unlock(host);

if (us->srb->sc_data_direction == DMA_BIDIRECTIONAL) { //方向

US_DEBUGP("UNKNOWN data direction\n");

us->srb->result = DID_ERROR << 16;

}

else if (us->srb->device->id && !(us->fflags & US_FL_SCM_MULT_TARG)) {

US_DEBUGP("Bad target number (%d:%d)\n",

us->srb->device->id, us->srb->device->lun);

us->srb->result = DID_BAD_TARGET << 16;

}

else if (us->srb->device->lun > us->max_lun) {US_DEBUGP("Bad LUN (%d:%d)\n",

us->srb->device->id, us->srb->device->lun);

us->srb->result = DID_BAD_TARGET << 16;

}

else if ((us->srb->cmnd[0] == INQUIRY) && (us->fflags & US_FL_FIX_INQUIRY)) { //如果SCSI是请求命令的处理

unsigned char data_ptr[36] = {

0x00, 0x80, 0x02, 0x02,

0x1F, 0x00, 0x00, 0x00};

US_DEBUGP("Faking INQUIRY command\n");

fill_inquiry_response(us, data_ptr, 36); //填充一个请求命令

us->srb->result = SAM_STAT_GOOD;

}

else {

US_DEBUG(usb_stor_show_command(us->srb));

us->proto_handler(us->srb, us); //数据传输

}

scsi_lock(host);

if (us->srb->result != DID_ABORT << 16) {

US_DEBUGP("scsi cmd done, result=0x%x\n",

us->srb->result);

us->srb->scsi_done(us->srb);

} else {

SkipForAbort:

US_DEBUGP("scsi command aborted\n");

}

if (test_bit(US_FLIDX_TIMED_OUT, &us->dflags)) { //超时处理

complete(&(us->notify));

clear_bit(US_FLIDX_ABORTING, &us->dflags);

clear_bit(US_FLIDX_TIMED_OUT, &us->dflags);

}

us->srb = NULL;

scsi_unlock(host);

mutex_unlock(&us->dev_mutex);

}

for (;;) {

set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);

if (kthread_should_stop())

break;

schedule();

}

__set_current_state(TASK_RUNNING);

return 0;

}

对于上面这个控制线程，首先该函数执行了一个for(;;)，这是一个死循环，也就是这个函数作为一些线程用可以不停息的运行。同时，根据刚开始wait_for_completion_interruptible代码，我们知道开始就进入睡眠状态了，只有唤醒us->cmnd_ready这个控制线程才能继续执行下去，那我们要知道什么时候释放这把锁来唤醒下面的程序呢？

其实有两个地方，一个是模块卸载的时候，另一个就是有SCSI命令发过来。每一次应用层发过来SCSI命令了，比如你去读写/dev/sda，最终SCSI核心层就会调用该与该主机对应的queuecommand函数，这个函数是scsi_host_template结构体成员，在probe中scsi_host_alloc时候注册的。下面是queuecommand函数的实现。

static int queuecommand(struct scsi_cmnd *srb,

void (*done)(struct scsi_cmnd *))

{

struct us_data *us = host_to_us(srb->device->host);

US_DEBUGP("%s called\n", __func__);

if (us->srb != NULL) {

printk(KERN_ERR USB_STORAGE "Error in %s: us->srb = %p\n",

__func__, us->srb);

return SCSI_MLQUEUE_HOST_BUSY;

}

if (test_bit(US_FLIDX_DISCONNECTING, &us->dflags)) {

US_DEBUGP("Fail command during disconnect\n");

srb->result = DID_NO_CONNECT << 16;

done(srb);

return 0;

}

srb->scsi_done = done;

us->srb = srb;

complete(&us->cmnd_ready); //释放锁，唤醒控制线程

return 0;

}

好了，用户层有了SCSI命令，就会执行我们驱动中这个控制线程。这个死循环首先会做一些判断，然后一直进行数据通信。那么这个死循环也是会退出的，什么时候呢？当执行这个死循环的最后一个if语句，会进行超时处理，如果超时会将us->srb=NULL，而我们在这个控制线程的死循环中发现，当获取us->cmnd_ready锁后，第一个执行的代码就是判断us->srb是否为NULL，如果us->srb=NULL就会执行break语句，从而跳出第一个死循环。接下来进入第二个死循环，这个死循环首先判断是否真的该结束了，如果真的结束了，那么就break，彻底退出这个控制线程，如果不是应该彻底结束，那进行schedule重新调度控制子线程。

到目前为止，我们的控制线程就已经分析完了，不过我们发现，这个控制线程是在usb_stor_acquire_resources中定义的，在usb_stor_acquire_resources之后，我们还创建了usb_stor_scan_thread线程，这是一个扫描线程。

static int usb_stor_scan_thread(void * __us)

{

struct us_data *us = (struct us_data *)__us;

printk(KERN_DEBUG

"usb-storage: device found at %d\n", us->pusb_dev->devnum);

set_freezable(); //设备在一定时间内没有响应，会挂起

if (delay_use > 0) { // delay_use秒后如果U盘没拔出则继续执行，否则执行disconnect

printk(KERN_DEBUG "usb-storage: waiting for device "

"to settle before scanning\n");

wait_event_freezable_timeout(us->delay_wait,test_bit(US_FLIDX_DONT_SCAN, &us->dflags), delay_use * HZ);

}

if (!test_bit(US_FLIDX_DONT_SCAN, &us->dflags)) {

if (us->protocol == US_PR_BULK &&

!(us->fflags & US_FL_SINGLE_LUN)) {

mutex_lock(&us->dev_mutex);

us->max_lun = usb_stor_Bulk_max_lun(us); //询问设备支持多少个LUN

mutex_unlock(&us->dev_mutex);

}

scsi_scan_host(us_to_host(us));

printk(KERN_DEBUG "usb-storage: device scan complete\n");

}

complete_and_exit(&us->scanning_done, 0); //本进程结束，唤醒disconnect中的进程

}

对于上面这个扫描线程，里面的usb_stor_Bulk_max_lun函数完成了主机控制器与设备之间的第一次通信。USB驱动程序首先发送一个命令，然后设备根据命令返回一些信息，这里显示的是一个表示LUN个数的数字，usb_stor_Bulk_max_lun完成的是一次控制传输。

int usb_stor_Bulk_max_lun(struct us_data *us)

{

int result;

us->iobuf[0] = 0; //默认只有0个LUN

result = usb_stor_control_msg(us, us->recv_ctrl_pipe,

US_BULK_GET_MAX_LUN,

USB_DIR_IN | USB_TYPE_CLASS |

USB_RECIP_INTERFACE,

0, us->ifnum, us->iobuf, 1, 10*HZ); //向设备发送一个命令

US_DEBUGP("GetMaxLUN command result is %d, data is %d\n",

result, us->iobuf[0]);

if (result > 0)

return us->iobuf[0];

return 0;

}

我们看看里面usb_stor_control_msg的实现

int usb_stor_control_msg(struct us_data *us, unsigned int pipe,

u8 request, u8 requesttype, u16 value, u16 index,

void *data, u16 size, int timeout)

{

int status;

US_DEBUGP("%s: rq=%02x rqtype=%02x value=%04x index=%02x len=%u\n",

__func__, request, requesttype,

value, index, size);

us->cr->bRequestType = requesttype; //初始化us->cr

us->cr->bRequest = request;

us->cr->wValue = cpu_to_le16(value);

us->cr->wIndex = cpu_to_le16(index);

us->cr->wLength = cpu_to_le16(size);

usb_fill_control_urb(us->current_urb, us->pusb_dev, pipe,

(unsigned char*) us->cr, data, size,

usb_stor_blocking_completion, NULL); //填充控制urb

status = usb_stor_msg_common(us, timeout); //继续填充控制urb并提交

if (status == 0)

status = us->current_urb->actual_length;

return status;

}

继续往下看usb_stor_msg_common的实现

static int usb_stor_msg_common(struct us_data *us, int timeout)

{

struct completion urb_done;

long timeleft;

int status;

if (test_bit(US_FLIDX_ABORTING, &us->dflags)) //设备处于放弃状态则结束

return -EIO;

init_completion(&urb_done); //初始化完成量

us->current_urb->context = &urb_done;

us->current_urb->actual_length = 0;

us->current_urb->error_count = 0;

us->current_urb->status = 0;

us->current_urb->transfer_flags = URB_NO_SETUP_DMA_MAP;

if (us->current_urb->transfer_buffer == us->iobuf)

us->current_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

us->current_urb->transfer_dma = us->iobuf_dma;

us->current_urb->setup_dma = us->cr_dma;

status = usb_submit_urb(us->current_urb, GFP_NOIO); //提交控制urb

if (status) {

return status;

}

set_bit(US_FLIDX_URB_ACTIVE, &us->dflags);

//当前还没取消urb时，取消urb请求

if (test_bit(US_FLIDX_ABORTING, &us->dflags)) {

if (test_and_clear_bit(US_FLIDX_URB_ACTIVE, &us->dflags)) {

US_DEBUGP("-- cancelling URB\n");

usb_unlink_urb(us->current_urb);

}

//等待直到urb完成，如果1秒时间到进程没有被信号唤醒，则自动唤醒

timeleft = wait_for_completion_interruptible_timeout(

&urb_done, timeout ? : MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);

clear_bit(US_FLIDX_URB_ACTIVE, &us->dflags);

if (timeleft <= 0) {

US_DEBUGP("%s -- cancelling URB\n",

timeleft == 0 ? "Timeout" : "Signal");

usb_kill_urb(us->current_urb);

}

return us->current_urb->status;

}

通过对上面这个usb_stor_msg_common函数的分析，我们现在已经把控制urb提交给USB内核了，当处理完，就会通知USB设备驱动，调用其回调函数，该回调函数在填充控制urb时已经说明，也就是usb_stor_blocking_completion函数

static void usb_stor_blocking_completion(struct urb *urb)

{

struct completion *urb_done_ptr = urb->context;

complete(urb_done_ptr);

}

当一次通信完成，执行了回调函数后，就会释放锁，这样stor_msg_common函数中的wait_for_completion_interruptible_timeout处就会被唤醒，至此一次通信完毕。

最后需要补充说明一个问题，在上面提交控制urb时，flag标志使用的是GFP_NOIO。GFP_NOIO标志的意思是不能在申请内存的时候进行I/O操作，原因是usb_submit_urb()提交之后，会读取磁盘或者U盘中的数据，这种情况下，由于虚拟内存的原因，，申请内存的函数还需要读取磁盘。所以不允许在usb_submit_urb()提交urb时进行I/O操作。

总结下，USB设备驱动主要围绕URB请求块，也就是控制URB、中断URB、批量URB、等时URB。USB骨骼框架是批量URB的例子。USB鼠标是一个中断URB和input子系统结合的例子。USB键盘是一个控制URB和中断URB结合input子系统的例子。USB的U盘是批量URB和控制URB结合的例子。不幸的是，等时URB没有填充函数，因此等时URB在被提交给USB核心之前，需要手动进行初始化。

三．U盘驱动测试

本Mini2440开发板具有两种USB接口，一个是USB Host，它和普通PC的USB接口是一样的，可以接USB摄像头、USB 键盘、USB鼠标、优盘等常见的USB外设，另外一种是USB Slave，我们一般使用它来下载程序到目标板。对于U盘的测试，要配置内核后才能进行测试。

实验环境：内核linux2.6.32.2，arm-linux-gcc交叉编译器，mini2440开发板。

内核配置：（1）因为优盘用到了 SCSI命令，所以我们先增加SCSI 支持。在 Device Drivers菜单里面，选择SCSI device support。（2）选择 USB support，按回车进入USB support菜单，找到并选中USB Mass Storage support。（3）另外，现在的优盘等移动存储器使用的大都是FAT/FAT32格式的，因此我们还需要添加FAT32 文件系统的支持，在内核配置主菜单下进入FAT32文件系统配置子菜单，为了支持中英文的编码，在File systems菜单下选择Native language support。

接上面的步骤，在内核源代码根目录下执行：make zImage，把生成的新内核烧写到开发板中，先不要插入优盘(这样做是为了看插入时的打印信息)，等系统启动后，进入命令行控制台，此时优盘，可以看到其厂家ID和产品ID，以及存储设备uba1信息。

(1) 执行cat /proc/partitions查看磁盘分区信息

(2) 挂载U盘，在mnt目录下建立usb目录

执行mkdir /mnt/usb

mount /dev/uba1 /mnt/usb/

(3) 查看U盘信息 ls /mnt/usb –l

(4) 查看挂载后的分区信息 df –h

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