Linux下USB HID device driver研究
首先介绍HID：
HID是Human Interface Devices的缩写.翻译成中文即为人机交互设备.这里的人机交互设备是一个宏观上面的概念,任何设备,只要符合HID spec,都可以称之为HID设备
在make menuconfig中，选中USB Human Interface Device(full HID) support。则所有USB HID都会被驱动，其中包括USB Mouse。
在drivers/hid/usbhid/Kconfig看到这项对应的为： CONFIG_USB_HID
又在drivers/hid/usbhid/Makefile中看到： obj-$(CONFIG_USB_HID) += usbhid.o
换句话说，如果选中built-in.则 obj-y中加入usbhid.o
如果将这一项选中为M(module),则obj-m中加入usbhid.o
也就是说：如果选中USB Human Interface Device(full HID) support为built-in.则usbhid.o会被built-in。
再在drivers/hid/usbhid/.usbhid.o.cmd中看到usbhid.o其实是由：hid-core.o,hid-quirks.o,hiddev.o组成的。
也就是说：当在Menuconfig中选中那一项后，这三个.o都会被built-in.
下一篇从driver角度学习。
在drivers/hid/usbhid/hid-core.c中，有如下语句：
module_init(hid_init);
表明当hid-usb.o（hid-core.o等三个组成）添加入kernel core时，会调用hid_init.
1. hid_init分析：
hid_init首先调用usbhid_quirks_init（）；
1.1. usbhid_quirks_init() 解析：
其实就是查找insmod 时给的pid,vid参数在quirks列表中是否有，如果有，就替换。没有就创建。
1.2. hiddev_init();
此function只有在选中CONFIG_USB_HIDDEV才会真正做事。
也就是说：只有在配置kernel时选中下面条目才有效.
config USB_HIDDEV
bool "/dev/hiddev raw HID device support"
它只是简单的注册一个USB设备。但这个设备在USB 硬件插入时什么都不作。
1.3 usb_register(&hid_driver);
注册一个USB driver.
从这个driver的id_table来看：
.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_CLASS
表明匹配的是：Interface class
.bInterfaceClass = USB_INTERFACE_CLASS_HID
表明Interface Class为HID设备，则会被唤醒。
2. HID USB设备被插入时的状况:
分析hid_driver->probe
第一个参数为USB Core传过来的USB设备Interface。第二个参数为本driver的id_table.
2.1 usb_hid_configure(intf);
首先查看quirks.使用usbhid_lookup_quirk（）从静态和动态quirks list中查是否此device包含在其中。
Sam看HID driver是以mouse为线索，
interface->desc.bInterfaceSubClass=USB_CLASS_HID
interface->desc.bInterfaceSubClass == USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT
interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE
所以：quirks |= HID_QUIRK_NOGET；
背景知识一：模块参数：
当使用insmod或modprobe安装模块时，可以通过模块参数给模块传递一些数值。这增加了模块的灵活性。但在使用模块参数之前，必须要让这些参数对insmod可见，则可以使用如下方式，让insmod知道参数名：
module_param_named(name, value, type, perm)
name是参数的名称（insmod时使用）
value是参数在模块中对应的变量
type是参数的类型
perm是参数的权限（其实就是/sys/module/[module_name]/parameters的权限）
例如：
int disk_size = 1024;
module_param_named(size, disk_size, int, S_IRUGO);
则给模块加上名称为"size"的参数，如果在加载模块是使用
insmod thismodule size=100，
那么在模块代码中disk_size的值就是100。相反，如果加载模块时没有指定参数，那么模块代码中disk_size的值仍是默认的1024。
注意，所有模块参数，都应该给定一个默认值。
MODULE_PARM_DESC（），对模块参数的描述。
背景知识二：模块宏：
MODULE_AUTHOR（）；标明模块拥有者
MODULE_DESCRIPTION（）； module描述
MODULE_LICENSE（）； module license.如果没有，insmod时会警告
1. 解读hid device probe程序：
static int hid_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct hid_device *hid;
char path[64];
int i;
char *c;
dbg_hid("HID probe called for ifnum %d\n",
intf->altsetting->desc.bInterfaceNumber);
if (!(hid = usb_hid_configure(intf)))
return -ENODEV;
usbhid_init_reports(hid);
hid_dump_device(hid);
if (hid->quirks & HID_QUIRK_RESET_LEDS)
usbhid_set_leds(hid);
if (!hidinput_connect(hid))
hid->claimed |= HID_CLAIMED_INPUT;
if (!hiddev_connect(hid))
hid->claimed |= HID_CLAIMED_HIDDEV;
usb_set_intfdata(intf, hid);
if (!hid->claimed) {
printk ("HID device not claimed by input or hiddev\n");
hid_disconnect(intf);
return -ENODEV;
}
if ((hid->claimed & HID_CLAIMED_INPUT))
hid_ff_init(hid);
if (hid->quirks & HID_QUIRK_SONY_PS3_CONTROLLER)
hid_fixup_sony_ps3_controller(interface_to_usbdev(intf),
intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceNumber);
printk(KERN_INFO);
if (hid->claimed & HID_CLAIMED_INPUT)
printk("input");
if (hid->claimed == (HID_CLAIMED_INPUT | HID_CLAIMED_HIDDEV))
printk(",");
if (hid->claimed & HID_CLAIMED_HIDDEV)
printk("hiddev%d", hid->minor);
c = "Device";
for (i = 0; i < hid->maxcollection; i++) {
if (hid->collection[i].type == HID_COLLECTION_APPLICATION &&
(hid->collection[i].usage & HID_USAGE_PAGE) == HID_UP_GENDESK &&
(hid->collection[i].usage & 0xffff) < ARRAY_SIZE(hid_types)) {
c = hid_types[hid->collection[i].usage & 0xffff];
break;
}
}
usb_make_path(interface_to_usbdev(intf), path, 63);
printk(": USB HID v%x.%02x %s [%s] on %s\n",
hid->version >> 8, hid->version & 0xff, c, hid->name, path);
return 0;
}
1.1: usb_hid_configure(intf)解读：
从字面来看，它是指配置hid。
static struct hid_device *usb_hid_configure(struct usb_interface *intf)
{
struct usb_host_interface *interface = intf->cur_altsetting;
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev (intf);
struct hid_descriptor *hdesc;
struct hid_device *hid;
u32 quirks = 0;
unsigned rsize = 0;
char *rdesc;
int n, len, insize = 0;
struct usbhid_device *usbhid;
//得到对应vid,pid的quriks.如果没有，则返回0
quirks = usbhid_lookup_quirk(le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));
//如果为boot设备且为keyboard或mouse.则quirks=HID_QUIRK_NOGET
if (interface->desc.bInterfaceSubClass == USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT) {
if (interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD ||
interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE)
quirks |= HID_QUIRK_NOGET;
}
//如果quirks显示要忽略，则退出probe
if (quirks & HID_QUIRK_IGNORE)
return NULL;
//HID_QUIRK_IGNORE_MOUSE表示如果为mouse,则忽略。
if ((quirks & HID_QUIRK_IGNORE_MOUSE) &&
(interface->desc.bInterfaceProtocol == USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE))
return NULL;
//如果interface扩展描述符中没有类型为HID_DT_HID条目，或者interface包含的endpoint数目为0，又或者interface endpoint中扩展描述符中没有类型为HID_DT_HID的条目。则退出。
if (usb_get_extra_descriptor(interface, HID_DT_HID, &hdesc) &&
(!interface->desc.bNumEndpoints ||
usb_get_extra_descriptor(&interface->endpoint[0], HID_DT_HID, &hdesc))) {
dbg_hid("class descriptor not present\n");
return NULL;
}
//得到描述符长度：
for (n = 0; n < hdesc->bNumDescriptors; n++)
if (hdesc->desc[n].bDescriptorType == HID_DT_REPORT)
rsize = le16_to_cpu(hdesc->desc[n].wDescriptorLength);
//如果描述符长度不对，则退出
if (!rsize || rsize > HID_MAX_DESCRIPTOR_SIZE) {
dbg_hid("weird size of report descriptor (%u)\n", rsize);
return NULL;
}
//创建此长度内存空间
if (!(rdesc = kmalloc(rsize, GFP_KERNEL))) {
dbg_hid("couldn't allocate rdesc memory\n");
return NULL;
}
//向dev的endpoint发送HID_REQ_SET_IDLE request.
hid_set_idle(dev, interface->desc.bInterfaceNumber, 0, 0);
//取得report description的详细信息,放到rdesc中。
if ((n = hid_get_class_descriptor(dev, interface->desc.bInterfaceNumber, HID_DT_REPORT, rdesc, rsize)) < 0) {
dbg_hid("reading report descriptor failed\n");
kfree(rdesc);
return NULL;
}
usbhid_fixup_report_descriptor(le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct), rdesc,
rsize, rdesc_quirks_param);
dbg_hid("report descriptor (size %u, read %d) = ", rsize, n);
for (n = 0; n < rsize; n++)
dbg_hid_line(" %02x", (unsigned char) rdesc[n]);
dbg_hid_line("\n");
//解析report。并建立hid_device.返回给hid.
if (!(hid = hid_parse_report(rdesc, n))) {
dbg_hid("parsing report descriptor failed\n");
kfree(rdesc);
return NULL;
}
kfree(rdesc);
hid->quirks = quirks;
if (!(usbhid = kzalloc(sizeof(struct usbhid_device), GFP_KERNEL)))
goto fail_no_usbhid;
hid->driver_data = usbhid;
usbhid->hid = hid;
usbhid->bufsize = HID_MIN_BUFFER_SIZE;
hid_find_max_report(hid, HID_INPUT_REPORT, &usbhid->bufsize);
hid_find_max_report(hid, HID_OUTPUT_REPORT, &usbhid->bufsize);
hid_find_max_report(hid, HID_FEATURE_REPORT, &usbhid->bufsize);
if (usbhid->bufsize > HID_MAX_BUFFER_SIZE)
usbhid->bufsize = HID_MAX_BUFFER_SIZE;
hid_find_max_report(hid, HID_INPUT_REPORT, &insize);
if (insize > HID_MAX_BUFFER_SIZE)
insize = HID_MAX_BUFFER_SIZE;
if (hid_alloc_buffers(dev, hid)) {
hid_free_buffers(dev, hid);
goto fail;
}
for (n = 0; n < interface->desc.bNumEndpoints; n++) {
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
int pipe;
int interval;
endpoint = &interface->endpoint[n].desc;
if ((endpoint->bmAttributes & 3) != 3)
continue;
interval = endpoint->bInterval;
if (hid->collection->usage == HID_GD_MOUSE && hid_mousepoll_interval > 0)
interval = hid_mousepoll_interval;
if (usb_endpoint_dir_in(endpoint)) {
if (usbhid->urbin)
continue;
if (!(usbhid->urbin = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL)))
goto fail;
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
usb_fill_int_urb(usbhid->urbin, dev, pipe, usbhid->inbuf, insize,
hid_irq_in, hid, interval);
usbhid->urbin->transfer_dma = usbhid->inbuf_dma;
usbhid->urbin->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
} else {
if (usbhid->urbout)
continue;
if (!(usbhid->urbout = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL)))
goto fail;
pipe = usb_sndintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
usb_fill_int_urb(usbhid->urbout, dev, pipe, usbhid->outbuf, 0,
hid_irq_out, hid, interval);
usbhid->urbout->transfer_dma = usbhid->outbuf_dma;
usbhid->urbout->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
}
}
if (!usbhid->urbin) {
err_hid("couldn't find an input interrupt endpoint");
goto fail;
}
init_waitqueue_head(&hid->wait);
INIT_WORK(&usbhid->reset_work, hid_reset);
setup_timer(&usbhid->io_retry, hid_retry_timeout, (unsigned long) hid);
spin_lock_init(&usbhid->inlock);
spin_lock_init(&usbhid->outlock);
spin_lock_init(&usbhid->ctrllock);
hid->version = le16_to_cpu(hdesc->bcdHID);
hid->country = hdesc->bCountryCode;
hid->dev = &intf->dev;
usbhid->intf = intf;
usbhid->ifnum = interface->desc.bInterfaceNumber;
hid->name[0] = 0;
if (dev->manufacturer)
strlcpy(hid->name, dev->manufacturer, sizeof(hid->name));
if (dev->product) {
if (dev->manufacturer)
strlcat(hid->name, " ", sizeof(hid->name));
strlcat(hid->name, dev->product, sizeof(hid->name));
}
if (!strlen(hid->name))
snprintf(hid->name, sizeof(hid->name), "HID %04x:%04x",
le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),
le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));
hid->bus = BUS_USB;
hid->vendor = le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor);
hid->product = le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct);
usb_make_path(dev, hid->phys, sizeof(hid->phys));
strlcat(hid->phys, "/input", sizeof(hid->phys));
len = strlen(hid->phys);
if (len < sizeof(hid->phys) - 1)
snprintf(hid->phys + len, sizeof(hid->phys) - len,
"%d", intf->altsetting[0].desc.bInterfaceNumber);
if (usb_string(dev, dev->descriptor.iSerialNumber, hid->uniq, 64) <= 0)
hid->uniq[0] = 0;
usbhid->urbctrl = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
if (!usbhid->urbctrl)
goto fail;
usb_fill_control_urb(usbhid->urbctrl, dev, 0, (void *) usbhid->cr,
usbhid->ctrlbuf, 1, hid_ctrl, hid);
usbhid->urbctrl->setup_dma = usbhid->cr_dma;
usbhid->urbctrl->transfer_dma = usbhid->ctrlbuf_dma;
usbhid->urbctrl->transfer_flags |= (URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP | URB_NO_SETUP_DMA_MAP);
hid->hidinput_input_event = usb_hidinput_input_event;
hid->hid_open = usbhid_open;
hid->hid_close = usbhid_close;
#ifdef CONFIG_USB_HIDDEV
hid->hiddev_hid_event = hiddev_hid_event;
hid->hiddev_report_event = hiddev_report_event;
#endif
return hid;
fail:
usb_free_urb(usbhid->urbin);
usb_free_urb(usbhid->urbout);
usb_free_urb(usbhid->urbctrl);
hid_free_buffers(dev, hid);
kfree(usbhid);
fail_no_usbhid:
hid_free_device(hid);
return NULL;
}
1.1.1: usbhid_lookup_quirk（pid,vid）解析：
分别使用usbhid_exists_dquirk(pid,vid),usbhid_exists_squirk(pid,vid)来查看动态和静态的quirks-list.如果有，则返回此quirks.没有，则返回0。
1.1.2：usb_get_extra_descriptor（descriptor, type, &hdesc）解析：
它调用__usb_get_extra_descriptor（）来解析参数一（interface或endpoint 描述符）中的扩展描述符区--extra。看是否有类型为参数二（type）的条目，然后把地址交给参数三。
Sam未经证明的猜测：HID设备中，interface描述符中包含的这个扩展描述符。其中存放的都是HID信息，以hid_descriptor结构存放。
hid_descriptor->usb_descriptor_header->bDescriptorType为HID_DT_HID
后面描述符（包括它自己）hid_descriptor->hid_class_descriptor->bDescriptorType 为HID_DT_REPORT
1.1.3：hid_set_idle(struct usb_device *dev, int ifnum, int report, int idle)：
它简单的调用usb_control_msg() 发送或接收一个usb 控制消息。
具体到这个例子中：
usb_control_msg(dev, usb_sndctrlpipe(dev, 0),
HID_REQ_SET_IDLE, USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE, (idle << 8) | report,
ifnum, NULL, 0, USB_CTRL_SET_TIMEOUT);
usb_sndctrlpipe(dev, 0)：指出将dev中endpoint 0 设为发送control管道。
HID_REQ_SET_IDLE：此控制消息的Request。
USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE：请求类型.
调用成功才会返回。
1.1.4: hid_get_class_descriptor(dev, interface->desc.bInterfaceNumber, HID_DT_REPORT, rdesc, rsize)
也是通过调用usb_control_msg() 发送或接收一个usb 控制消息。
发送USB_REQ_GET_DESCRIPTOR，将得到的 report descriptor放到rdesc中。
1.1.5: hid_parse_report(__u8 *start, unsigned size)
参数一：通过usb_control_msg发送request(USB_REQ_GET_DESCRIPTOR) 从设备得到的report descriptor.
参数二：是此report Descriptor的长度。
1）.首先创建hid_device类型设备。
2). 将参数一中数据保存在hid_device->rdesc中。长度保存在hid_device->rsize中。
3). 使用fetch_item(__u8 *start, __u8 *end, struct hid_item *item)得到report description的下一项数据。放到item中。
4). 根据不同的item.type.分别调用
hid_parser_main,
hid_parser_global,
hid_parser_local,
hid_parser_reserved
来处理。
读USB HID driver时，看到quirks这部分内容。因为之前在看USB部分代码时，常看到类似的内容，但对它的语义理解并不清楚，只是笼统地认为是一个需要修正的东西。现在稍微研究一下。
一：quirks简介：
quirks: 怪癖的意思,也就是说它某种特性与通常的USB设备不相同。
Sam之前是在USB部分看到quirks：
在~/drivers/usb/core/quirks.c中，有个usb_quirk_list列表，它其实就是一个黑名单，描述了某个设备有何种问题。例如：
{ USB_DEVICE(0x03f0, 0x4002), .driver_info = USB_QUIRK_NO_AUTOSUSPEND },
表明：vid=0x03f0,pid=0x4002的设备（Hewlett-Packard PhotoSmart 720 ），不能自动suspend.
这个列表是不断扩展的，不断添加有问题的设备上来。
则判断一个设备是不是在这张黑名单上,然后如果是的,就判断它具体是属于哪种问题,
二：HID quirks:
Sam在看USB HID driver时，在modules insmod时，会调用hid_init（）。它又会调用usbhid_quirks_init（）
如果在insmod modules时，使用modules参数添加了quirks，格式为：quirks=pid:vid:quirks
则将此项内容添加或替换在动态建立的dquirks_list中。换句话说，也就是当modules的提供商知道自己的设备会有什么异常时，可以这样使用。
注意：此处仅仅是将某种PID，VID的quirks添加进动态列表而已。
有动态黑名单，就有静态黑名单。静态黑名单在~/drivers/hid/usbhid/hid-quirks.c中--hid_blacklist。它描绘了已知所有的quirks.
三：如何使用HID quirks:
在hid 设备probe时，会调用usbhid_lookup_quirk（），它则分别调用usbhid_exists_dquirk（动态）——和usbhid_exists_squirk(静态) 在静态黑名单和动态黑名单中寻找有没有对应的vid和pid设备。如果有，则将quirks纪录在hid->quirks中。
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