Linux USB驱动框架分析 下

Linux USB驱动框架分析 下
Linux USB驱动框架分析（五）
接下来的工作是向系统注册一些以后会用的的信息。首先我们来说明一下usb_set_intfdata()，他向内核注册一个data，这个data的结构可以是任意的，这段程序向内核注册了一个usb_skel结构，就是我们刚刚看到的被初始化的那个，这个data可以在以后用usb_get_intfdata来得到。
usb_set_intfdata(interface, dev);
retval = usb_register_dev(interface, &skel_class);
然后我们向这个interface注册一个skel_class结构。这个结构又是什么？我们就来看看这到底是个什么东西：
static struct usb_class_driver skel_class = {
.name = "skel%d",
.fops = &skel_fops,
.minor_base = USB_SKEL_MINOR_BASE,
};
它其实是一个系统定义的结构，里面包含了一名字、一个文件操作结构体还有一个次设备号的基准值。事实上它才是定义 真正完成对设备IO操作的函数。所以他的核心内容应该是skel_fops。这里补充一些我个人的估计：因为usb设备可以有多个interface，每个interface所定义的IO操作可能不一样，所以向系统注册的usb_class_driver要求注册到某一个interface，而不是device，因此，usb_register_dev的第一个参数才是interface，而第二个参数就是某一个usb_class_driver。通常情况下，linux系统用主设备号来识别某类设备的驱动程序，用次设备号管理识别具体的设备，驱动程序可以依照次设备号来区分不同的设备，所以，这里的次设备好其实是用来管理不同的interface的，但由于这个范例只有一个interface，在代码上无法求证这个猜想。
static struct file_operations skel_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = skel_read,
.write = skel_write,
.open = skel_open,
.release = skel_release,
};
这个文件操作结构中定义了对设备的读写、打开、释放（USB设备通常使用这个术语release）。他们都是函数指针，分别指向skel_read、skel_write、skel_open、skel_release这四个函数，这四个函数应该有开发人员自己实现。
当设备被拔出集线器时，usb子系统会自动地调用disconnect，他做的事情不多，最重要的是注销class_driver（交还次设备号）和interface的data:
dev = usb_get_intfdata(interface);
usb_set_intfdata(interface, NULL);
/* give back our minor */
usb_deregister_dev(interface, &skel_class);
然后他会用kref_put(&dev->kref, skel_delete)进行清理，kref_put的细节参见前文。
到目前为止，我们已经分析完usb子系统要求的各个主要操作，下一部分我们在讨论一下对USB设备的IO操作。
Linux USB驱动框架分析（六）
说到usb子系统的IO操作，不得不说usb request block，简称urb。事实上，可以打一个这样的比喻，usb总线就像一条高速公路，货物、人流之类的可以看成是系统与设备交互的数据，而urb就可以看成是汽车。在一开始对USB规范细节的介绍，我们就说过USB的endpoint有4种不同类型，也就是说能在这条高速公路上流动的数据就有四种。但是这对汽车是没有要求的，所以urb可以运载四种数据，不过你要先告诉司机你要运什么，目的地是什么。我们现在就看看struct urb的具体内容。它的内容很多，为了不让我的理解误导各位，大家最好还是看一看内核源码的注释，具体内容参见源码树下include/linux/usb.h。
在这里我们重点介绍程序中出现的几个关键字段：
struct usb_device *dev
urb所发送的目标设备。
unsigned int pipe
一个管道号码，该管道记录了目标设备的端点以及管道的类型。每个管道只有一种类型和一个方向，它与他的目标设备的端点相对应，我们可以通过以下几个函数来获得管道号并设置管道类型：
unsigned int usb_sndctrlpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个控制OUT端点。
unsigned int usb_rcvctrlpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个控制IN端点。
unsigned int usb_sndbulkpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个批量OUT端点。
unsigned int usb_rcvbulkpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个批量OUT端点。
unsigned int usb_sndintpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个中断OUT端点。
unsigned int usb_rcvintpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个中断OUT端点。
unsigned int usb_sndisocpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个等时OUT端点。
unsigned int usb_rcvisocpipe(struct usb_device *dev, unsigned int endpoint)
把指定USB设备的指定端点设置为一个等时OUT端点。
unsigned int transfer_flags
当不使用DMA时，应该transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP（按照代码的理解，希望没有错）。
int status
当一个urb把数据送到设备时，这个urb会由系统返回给驱动程序，并调用驱动程序的urb完成回调函数处理。这时，status记录了这次数据传输的有关状态，例如传送成功与否。成功的话会是0。
要能够运货当然首先要有车，所以第一步当然要创建urb：
struct urb *usb_alloc_urb(int isoc_packets, int mem_flags);
第一个参数是等时包的数量，如果不是乘载等时包，应该为0，第二个参数与kmalloc的标志相同。
要释放一个urb可以用：
void usb_free_urb(struct urb *urb);
要承载数据，还要告诉司机目的地信息跟要运的货物，对于不同的数据，系统提供了不同的函数，对于中断urb，我们用
void usb_fill_int_urb(struct urb *urb, struct usb_device *dev, unsigned int pipe,
void *transfer_buffer, int buffer_length,
usb_complete_t complete, void *context, int interval);
这里要解释一下，transfer_buffer是一个要送/收的数据的缓冲，buffer_length是它的长度，complete是urb完成回调函数的入口，context由用户定义，可能会在回调函数中使用的数据，interval就是urb被调度的间隔。
对于批量urb和控制urb，我们用:
void usb_fill_bulk_urb(struct urb *urb, struct usb_device *dev, unsigned int pipe,
void *transfer_buffer, int buffer_length, usb_complete_t complete,
void *context);
void usb_fill_bulk_urb(struct urb *urb, struct usb_device *dev, unsigned int pipe,
unsigned char* setup_packet,void *transfer_buffer,
int buffer_length, usb_complete_t complete,void *context);
控制包有一个特殊参数setup_packet，它指向即将被发送到端点的设置数据报的数据。
对于等时urb，系统没有专门的fill函数，只能对各urb字段显示赋值。
有了汽车，有了司机，下一步就是要开始运货了，我们可以用下面的函数来提交urb
int usb_submit_urb(struct urb *urb, int mem_flags);
mem_flags有几种：GFP_ATOMIC、GFP_NOIO、GFP_KERNEL，通常在中断上下文环境我们会用GFP_ATOMIC。
当我们的卡车运货之后，系统会把它调回来，并调用urb完成回调函数，并把这辆车作为函数传递给驱动程序。我们应该在回调函数里面检查status字段，以确定数据的成功传输与否。下面是用urb来传送数据的细节。
/* initialize the urb properly */
usb_fill_bulk_urb(urb, dev->udev,
usb_sndbulkpipe(dev->udev, dev->bulk_out_endpointAddr),
buf, writesize, skel_write_bulk_callback, dev);
urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
/* send the data out the bulk port */
retval = usb_submit_urb(urb, GFP_KERNEL);
这里skel_write_bulk_callback就是一个完成回调函数，而他做的主要事情就是检查数据传输状态和释放urb：
dev = (struct usb_skel *)urb->context;
/* sync/async unlink faults aren't errors */
if (urb->status && !(urb->status = = -ENOENT || urb->status == -ECONNRESET || urb->status = = -ESHUTDOWN)) {
dbg("%s - nonzero write bulk status received: %d", __FUNCTION__, urb->status);
}
/* free up our allocated buffer */
usb_buffer_free(urb->dev, urb->transfer_buffer_length,
urb->transfer_buffer, urb->transfer_dma);
事实上，如果数据的量不大，那么可以不一定用卡车来运货，系统还提供了一种不用urb的传输方式，而usb-skeleton的读操作正是采用这种方式实现：
/* do a blocking bulk read to get data from the device */
retval = usb_bulk_msg(dev->udev,
usb_rcvbulkpipe(dev->udev, dev->bulk_in_endpointAddr),
dev->bulk_in_buffer,
min(dev->bulk_in_size, count),
&bytes_read, 10000);
/* if the read was successful, copy the data to userspace */
if (!retval) {
if (copy_to_user(buffer, dev->bulk_in_buffer, bytes_read))
retval = -EFAULT;
else
retval = bytes_read;
}
程序使用了usb_bulk_msg来传送数据，它的原型如下：
int usb_bulk_msg(struct usb_device *usb_dev, unsigned int pipe,void *data,
int len, int *actual length, int timeout)
这个函数会阻塞等待数据传输完成或者等到超时，data是输入/输出缓冲，len是它的大小，actual length是实际传送的数据大小，timeout是阻塞超时。
对于控制数据，系统提供了另外一个函数，他的原型是：
Int usb_contrl_msg(struct usb_device *dev, unsigned int pipe, __u8 request,
__u8 requesttype, __u16 value, __u16 index, void *data,
__u16 size, int timeout);
request是控制消息的USB请求值、requesttype是控制消息的USB请求类型，value是控制消息的USB消息值，index是控制消息的USB消息索引。具体是什么，暂时不是很清楚，希望大家提供说明。
至此，Linux下的USB驱动框架分析基本完成了。