USB协议分析(pl2303)
在hub.c的hub_port_connect_change中，检测到有USB设备插进来后执行该代码。
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USB协议中规定，插入设备后，主机要至少等待100ms，让设备完成插入以及上电动作；hub_port_debounce(hub, port1)就是起到这个作用。
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接着在hub_port_init函数中，USB协议规定，上电后，HUB要响USB设备发送持续10ms的复位信号(D+、D-都拉低)， hub_port_reset(hub, port1, udev, delay)完成该动作。
这样，当信号完成后，端口就有效了，设备处于缺省状态(Default state)，并且获得主机提供的100mA的电流；主机可以和设备地址0，端点0(即default pipe)通过控制传输进行通讯，端点0比较特殊，可以写入，可以读出；其他端点都是单向的，比如U盘有两个端点，从端点1写入数据，端点2读出数据。
要注意，USB术语中端点的IN和OUT，是从主机端的立场来看的，比如USB鼠标输入数据到电脑，对应的端点即为输入端点。
- 获取设备描述符(device descriptor)，请求的长度是64，虽然一般的设备描述符长度只有18，但主机并不在乎，从下面的switch语句看出，它更在乎的是描述符的总长度信息。
#define GET_DESCRIPTOR_BUFSIZE 64
for (j = 0; j < 3; ++j) {
buf->bMaxPacketSize0 = 0;
r = usb_control_msg(udev, usb_rcvaddr0pipe(),
USB_REQ_GET_DESCRIPTOR, USB_DIR_IN,
USB_DT_DEVICE << 8, 0,
buf, GET_DESCRIPTOR_BUFSIZE,
initial_descriptor_timeout);
switch (buf->bMaxPacketSize0) {
case 8: case 16: case 32: case 64: case 255:
if (buf->bDescriptorType ==
USB_DT_DEVICE) {
r = 0;
break;
}
/* FALL THROUGH */
default:
if (r == 0)
r = -EPROTO;
break;
}
if (r == 0)
break;
}
-
获取完设备描述符后，接着hub_port_reset(hub, port1, udev, delay)再次对设备进行复位(USB协议中并没有这一步的要求)，这次复位的目的是使设备进入一个确定的状态。
-
往下，hub_set_address(udev, devnum)给设备分配一个唯一的新地址，设备处于编址状态(Address state).
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有了新地址后，再次获取设备描述符，用usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE)来获得，USB_DT_DEVICE_SIZE 为18。这次，主机会认真解析设备描述符的信息，包括断电0的最大包长度、设备所支持的配置个数、设备类型、VID、PID等。hub_port_init函数就完成了。
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回到hub_port_connect_change函数继续往下，usb_new_device(udev)函数：
int usb_new_device(struct usb_device *udev)
{
// 。。。。。。
err = usb_enumerate_device(udev); /* Read descriptors */
// 。。。。。。
/* Tell the world! */
announce_device(udev);
// 。。。。。。
/* Register the device. The device driver is responsible
* for configuring the device and invoking the add-device
* notifier chain (used by usbfs and possibly others).
*/
err = device_add(&udev->dev);
//。。。。。。
}
usb_enumerate_device(udev)称为枚举过程，就是读取配置描述符(configuration descriptor)并解析的过程：
static int usb_enumerate_device(struct usb_device *udev) {
int err;
if (udev->config == NULL) {
err = usb_get_configuration(udev);
if (err < 0) {
dev_err(&udev->dev, "can't read configurations, error %d\n",
err);
goto fail;
}
}
if (udev->wusb == 1 && udev->authorized == 0) {
udev->product = kstrdup("n/a (unauthorized)", GFP_KERNEL);
udev->manufacturer = kstrdup("n/a (unauthorized)", GFP_KERNEL);
udev->serial = kstrdup("n/a (unauthorized)", GFP_KERNEL);
}
else {
/* read the standard strings and cache them if present */
udev->product = usb_cache_string(udev, udev->descriptor.iProduct);
udev->manufacturer = usb_cache_string(udev,
udev->descriptor.iManufacturer);
udev->serial = usb_cache_string(udev, udev->descriptor.iSerialNumber);
}
err = usb_enumerate_device_otg(udev);
fail:
return err;
}
USB协议规定设备的配置个数不能大于8个，至少有1个；从前面的设备描述符中主机可以知道设备有多少中配置：
ncfg = dev->descriptor.bNumConfigurations
所以usb_get_configuration(udev)作用就是用for循环依次读取配置描述符信息并解析保存起来，要注意，在这里已经获取到了接口描述符和字符串描述符(如果有的话)，所以一并解析保存在一个usb_host_config(每个配置描述符创建一个该结构)的结构体中：
struct usb_host_config {
struct usb_config_descriptor desc;
char *string; /* iConfiguration string, if present */
/* List of any Interface Association Descriptors in this
* configuration. */
struct usb_interface_assoc_descriptor *intf_assoc[USB_MAXIADS];
/* the interfaces associated with this configuration,
* stored in no particular order */
struct usb_interface *interface[USB_MAXINTERFACES];
/* Interface information available even when this is not the
* active configuration */
struct usb_interface_cache *intf_cache[USB_MAXINTERFACES];
unsigned char *extra; /* Extra descriptors */
int extralen;
};
announce_device(udev)作用是打印信息，包括PID、VID、SN等告诉我们有新设备连接上来了；
device_add(&udev->dev)就把该设备添加到USB总线上了，因为这时候主机已经从设备出获取了足够的信息，USB HUB只能做到这里了，后续的事情就要由具体的设备驱动来完成了。
根据前一篇文章的分析，接着往下走就来到了generic.c的generic_probe方法中：
static int generic_probe(struct usb_device *udev){
int err, c;
/* Choose and set the configuration. This registers the interfaces
* with the driver core and lets interface drivers bind to them.
*/
if (usb_device_is_owned(udev))
; /* Don't configure if the device is owned */
else if (udev->authorized == 0)
dev_err(&udev->dev, "Device is not authorized for usage\n");
else {
c = usb_choose_configuration(udev);
if (c >= 0) {
err = usb_set_configuration(udev, c);
if (err) {
dev_err(&udev->dev, "can't set config #%d, error %d\n",
c, err);
/* This need not be fatal. The user can try to
* set other configurations. */
}
}
}
/* USB device state == configured ... usable */
usb_notify_add_device(udev);
return 0;
}
usb_choose_configuration(udev)会根据一些条件来选择一个配置，比如判断该配置下描述的电流是否过大，然后LINUX根据自己喜好，选择了一个不是USB_CLASS_VENDOR_SPEC的配置,代码片段如下：
/* From the remaining configs, choose the first one whose
* first interface is for a non-vendor-specific class.
* Reason: Linux is more likely to have a class driver
* than a vendor-specific driver. */
else if (udev->descriptor.bDeviceClass != USB_CLASS_VENDOR_SPEC &&
(desc && desc->bInterfaceClass != USB_CLASS_VENDOR_SPEC)) {
best = c;
break;
}
#define USB_CLASS_VENDOR_SPEC 0xff
USB协议中规定，在usb_device_descriptor类中bDeviceClass代表的是设备的类型代码，如果是0x01 ~ 0xfe,代表标准设备，如果是0xff代表厂商自定义设备；usb_interface_descriptor的bInterfaceClass也一样代表设备类型。其实大多数设备只有一种配置而已，这样就返回了配置编号。
接着usb_set_configuration(udev, c)把选择的配置写入设备。在该函数中完成配置后用 usb_enable_interface(dev, intf, true)使接口生效；创建cp->desc.bNumInterfaces个代表该配置下接口的device并用device_add(&intf->dev)添加到USB核心中去；可见，一个接口对应一个驱动，bNumInterfaces个接口就要bNumInterfaces个驱动了；不过由于一个device_driver可以对应多个device，所以像pl2303就是一个driver，但是可以处理多个接口。
下边通过具体的例子来分析这个接口。
把pl2303线插入平板上，在/sys/bus/usb/devices多出了两个设备
3-1 3-1:1.0
3-1代表的就是usb_device结构体中的device,这是在hub_port_connect_change中创建的，名字的由来如下：
dev_set_name(&dev->dev, "%d-%s", bus->busnum, dev->devpath);
3代表这个pl2303挂在第三个控制器上，1代表root hub下的一个控制器，如果pl2303再通过一个外接hub连接到平板上，则为2；
3-1:1.0代表的就是pl2303的接口，可见该设备只有一个接口，名字的创建如下：
dev_set_name(&intf->dev, "%d-%s:%d.%d",
dev->bus->busnum, dev->devpath,
configuration, alt->desc.bInterfaceNumber);
用的是1配置，0接口。进入3-1:1.0目录看到如下信息：
bAlternateSetting
bInterfaceClass
bInterfaceNumber
bInterfaceProtocol
bInterfaceSubClass
bNumEndpoints
driver
ep_02
ep_81
ep_83
modalias
power
subsystem
supports_autosuspend
ttyUSB0
uevent
看到有三个端点，再进入端点目录发现ep_02为bulk传输,方向为out；ep_81为Interrupt传输,方向为in；ep_83为Bulk传输,方向为in；bInterfaceClass为ff,表示是厂商自定义的设备。而进入3-1目录看到如下信息(有设备描述符和配置描述符的信息)：
3-1:1.0
authorized
avoid_reset_quirk
bConfigurationValue
bDeviceClass
bDeviceProtocol
bDeviceSubClass
bMaxPacketSize0
bMaxPower
bNumConfigurations
bNumInterfaces
bcdDevice
bmAttributes
busnum
configuration
descriptors
dev
devnum
devpath
driver
ep_00
idProduct
idVendor
manufacturer
maxchild
power
product
quirks
removable
remove
speed
subsystem
uevent
urbnum
usb_device
version
bNumConfigurations为1，只有一种配置；bNumInterfaces为1，只有一个接口；ep_00代表控制端点0，因为这是每个usb设备都必须有的，作为共性放到了这里。
最后进入pl2303驱动看usb_serial_probe函数的实现。
int usb_serial_probe(struct usb_interface *interface,const struct usb_device_id *id)
{
// .........................
type = search_serial_device(interface);
// ........................
serial = create_serial(dev, interface, type);
// .........................
for (i = 0; i < num_bulk_in; ++i) {
usb_fill_bulk_urb(port->read_urbs[j], dev,
usb_rcvbulkpipe(dev,endpoint->bEndpointAddress),
port->bulk_in_buffers[j], buffer_size,
serial->type->read_bulk_callback,
port);
}
}
// ............................................
for (i = 0; i < num_bulk_out; ++i) {
usb_fill_bulk_urb(port->write_urbs[j], dev,
usb_sndbulkpipe(dev,endpoint->bEndpointAddress),
port->bulk_out_buffers[j], buffer_size,
serial->type->write_bulk_callback,
port);
}
// .....................................
if (serial->type->read_int_callback) {
for (i = 0; i < num_interrupt_in; ++i) {
usb_fill_int_urb(port->interrupt_in_urb, dev,
usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress),
port->interrupt_in_buffer, buffer_size,
serial->type->read_int_callback, port,
endpoint->bInterval);
}
// ...............................................
if (serial->type->write_int_callback) {
for (i = 0; i < num_interrupt_out; ++i) {
usb_fill_int_urb(port->interrupt_out_urb, dev,
usb_sndintpipe(dev,endpoint->bEndpointAddress),
port->interrupt_out_buffer, buffer_size,
serial->type->write_int_callback, port,
endpoint->bInterval);
}
// ...................................
}
// ...................................
}
其实就是用usb_fill_bulk_urb或者usb_fill_int_urb函数来注册中断或者批量传输函数，以后有数据到来或者有数据需要发送，调用相应的函数来处理。不过要注意，这里还用到serial/generic.c中的相应函数，该文件提供了通用的访问接口，比如pl2303.c中没有定义read_bulk_callback函数，但是在usb-serical.c中有：
#define set_to_generic_if_null(type, function) \
do { \
if (!type->function) { \
type->function = usb_serial_generic_##function; \
dbg("Had to override the " #function \
" usb serial operation with the generic one.");\
} \
} while (0)
static void fixup_generic(struct usb_serial_driver *device)
{
set_to_generic_if_null(device, open);
set_to_generic_if_null(device, write);
set_to_generic_if_null(device, close);
set_to_generic_if_null(device, write_room);
set_to_generic_if_null(device, chars_in_buffer);
set_to_generic_if_null(device, read_bulk_callback);
set_to_generic_if_null(device, write_bulk_callback);
set_to_generic_if_null(device, disconnect);
set_to_generic_if_null(device, release);
set_to_generic_if_null(device, process_read_urb);
set_to_generic_if_null(device, prepare_write_buffer);
}
从宏定义可以看出，如果没有定义的话，就用generic.c的来代替。
这样，当串口有数据到来时候，调用read_bulk_callback：
void usb_serial_generic_read_bulk_callback(struct urb *urb){
struct usb_serial_port *port = urb->context;
unsigned char *data = urb->transfer_buffer;
unsigned long flags;
int i;
for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(port->read_urbs); ++i) {
if (urb == port->read_urbs[i])
break;
}
set_bit(i, &port->read_urbs_free);
dbg("%s - port %d, urb %d, len %d\n", __func__, port->number, i,
urb->actual_length);
if (urb->status) {
dbg("%s - non-zero urb status: %d\n", __func__, urb->status);
return;
}
usb_serial_debug_data(debug, &port->dev, __func__,
urb->actual_length, data);
port->serial->type->process_read_urb(urb);
/* Throttle the device if requested by tty */
spin_lock_irqsave(&port->lock, flags);
port->throttled = port->throttle_req;
if (!port->throttled) {
spin_unlock_irqrestore(&port->lock, flags);
usb_serial_generic_submit_read_urb(port, i, GFP_ATOMIC);
} else
spin_unlock_irqrestore(&port->lock, flags);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_serial_generic_read_bulk_callback);
这时候数据已经在urb结构中了，接着调用pl2303.c的process_read_urb方法：
static void pl2303_process_read_urb(struct urb *urb){
//。。。。。。。。。。
if (line_status & UART_OVERRUN_ERROR)
tty_insert_flip_char(tty, 0, TTY_OVERRUN);
if (port->port.console && port->sysrq) {
for (i = 0; i < urb->actual_length; ++i)
if (!usb_serial_handle_sysrq_char(port, data[i]))
tty_insert_flip_char(tty, data[i], tty_flag);
} else {
tty_insert_flip_string_fixed_flag(tty, data, tty_flag,
urb->actual_length);
}
tty_flip_buffer_push(tty);
tty_kref_put(tty);
}
根据前面tty驱动的分析可知，tty_flip_buffer_push函数就把数据通过链路规程提交给tty 核心层处理了。
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