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  • USB设备驱动总结

    现象:把USB设备接到PC        (韦老师总结)
    1. 右下角弹出"发现android phone"
    2. 跳出一个对话框,提示你安装驱动程序


    问1. 既然还没有"驱动程序",为何能知道是"android phone"
    答1. windows里已经有了USB的总线驱动程序,接入USB设备后,是"总线驱动程序"知道你是"android phone"
         提示你安装的是"设备驱动程序"
         
         USB总线驱动程序负责:识别USB设备, 给USB设备找到对应的驱动程序

    问2. USB设备种类非常多,为什么一接入电脑,就能识别出来?
    答2. PC和USB设备都得遵守一些规范。
         比如:USB设备接入电脑后,PC机会发出"你是什么"?
               USB设备就必须回答"我是xxx", 并且回答的语言必须是中文
         USB总线驱动程序会发出某些命令想获取设备信息(描述符),
         USB设备必须返回"描述符"给PC
         
    问3. PC机上接有非常多的USB设备,怎么分辨它们?
         USB接口只有4条线: 5V,GND,D-,D+
    答3. 每一个USB设备接入PC时,USB总线驱动程序都会给它分配一个编号
         接在USB总线上的每一个USB设备都有自己的编号(地址)
         PC机想访问某个USB设备时,发出的命令都含有对应的编号(地址)

    问4. USB设备刚接入PC时,还没有编号;那么PC怎么把"分配的编号"告诉它?
    答4. 新接入的USB设备的默认编号是0,在未分配新编号前,PC使用0编号和它通信。

    问5. 为什么一接入USB设备,PC机就能发现它?
    答5. PC的USB口内部,D-和D+接有15K的下拉电阻,未接USB设备时为低电平
         USB设备的USB口内部,D-或D+接有1.5K的上拉电阻;它一接入PC,就会把PC USB口的D-或D+拉高,从硬件的角度通知PC有新设备接入


    其他概念:
    1. USB是主从结构的
       所有的USB传输,都是从USB主机这方发起;USB设备没有"主动"通知USB主机的能力。
       例子:USB鼠标滑动一下立刻产生数据,但是它没有能力通知PC机来读数据,只能被动地等得PC机来读。

    2. USB的传输类型:
    a. 控制传输:可靠,时间有保证,比如:USB设备的识别过程
    b. 批量传输: 可靠, 时间没有保证, 比如:U盘
    c. 中断传输:可靠,实时,比如:USB鼠标
    d. 实时传输:不可靠,实时,比如:USB摄像头

    3. USB传输的对象:端点(endpoint)
       我们说"读U盘"、"写U盘",可以细化为:把数据写到U盘的端点1,从U盘的端点2里读出数据
       除了端点0外,每一个端点只支持一个方向的数据传输
       端点0用于控制传输,既能输出也能输入
       
    4. 每一个端点都有传输类型,传输方向

    5. 术语里、程序里说的输入(IN)、输出(OUT) "都是" 基于USB主机的立场说的。
       比如鼠标的数据是从鼠标传到PC机, 对应的端点称为"输入端点"
         
    6. USB总线驱动程序的作用
    a. 识别USB设备
    b. 查找并安装对应的设备驱动程序
    c. 提供USB读写函数


    USB驱动程序框架:


    app:   
    -------------------------------------------
              USB设备驱动程序      // 知道数据含义
    内核 --------------------------------------
              USB总线驱动程序      // 1. 识别, 2. 找到匹配的设备驱动, 3. 提供USB读写函数 (它不知道数据含义)
    -------------------------------------------
               USB主机控制器
               UHCI OHCI EHCI
    硬件        -----------
                  USB设备


    UHCI: intel,     低速(1.5Mbps)/全速(12Mbps)
    OHCI: microsoft  低速/全速
    EHCI:            高速(480Mbps)


    USB总线驱动程序的作用
    1. 识别USB设备
    1.1 分配地址
    1.2 并告诉USB设备(set address)
    1.3 发出命令获取描述符
    描述符的信息可以在includelinuxusbCh9.h看到

    2. 查找并安装对应的设备驱动程序

    3. 提供USB读写函数


    把USB设备接到开发板上,看输出信息:
    usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 2
    usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice
    scsi0 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices
    scsi 0:0:0:0: Direct-Access     HTC      Android Phone    0100 PQ: 0 ANSI: 2
    sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
    拔掉
    usb 1-1: USB disconnect, address 2


    再接上:
    usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 3
    usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice
    scsi1 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices
    scsi 1:0:0:0: Direct-Access     HTC      Android Phone    0100 PQ: 0 ANSI: 2
    sd 1:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk


    在内核目录下搜:
    grep "USB device using" * -nR
    drivers/usb/core/hub.c:2186:              "%s %s speed %sUSB device using %s and address %d ",


    hub_irq   (usb 主机控制器的中断)
        kick_khubd
             hub_thread
                    hub_events
                            hub_port_connect_change

                                     udev = usb_alloc_dev(hdev, hdev->bus, port1);
                                                dev->dev.bus = &usb_bus_type;

                                     choose_address(udev); // 给新设备分配编号(地址)

                                     hub_port_init   // usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 3

                                             hub_set_address  // 把编号(地址)告诉USB设备

                                             usb_get_device_descriptor(udev, 8); // 获取设备描述符
                                             retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);

                                     usb_new_device(udev)   
                                              err = usb_get_configuration(udev); // 把所有的描述符都读出来,并解析
                                                            usb_parse_configuration

                                             device_add  // 把device放入usb_bus_type的dev链表, 
                                                                      // 从usb_bus_type的driver链表里取出usb_driver,
                                                                     // 把usb_interface和usb_driver的id_table比较
                                                                    // 如果能匹配,调用usb_driver的probe

    <LINUX内核源代码情景分析>


    怎么写USB设备驱动程序?
    1. 分配/设置usb_driver结构体
            .id_table
            .probe
            .disconnect
    2. 注册



    测试1th/2th:
    1. make menuconfig去掉原来的USB鼠标驱动
    -> Device Drivers 
      -> HID Devices
      <> USB Human Interface Device (full HID) support 

    2. make uImage 并使用新的内核启动
    3. insmod usbmouse_as_key.ko
    4. 在开发板上接入、拔出USB鼠标


    测试3th:
    1. insmod usbmouse_as_key.ko
    2. ls /dev/event*
    3. 接上USB鼠标
    4. ls /dev/event*
    5. 操作鼠标观察数据


    测试4th:
    1. insmod usbmouse_as_key.ko
    2. ls /dev/event*
    3. 接上USB鼠标
    4. ls /dev/event*
    5. cat /dev/tty1    然后按鼠标键
    6. hexdump /dev/event0
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