USB設備驅動程序

2020-12-13 電子產品世界
// drivers\hid\usbhid\usbmouse.c

#include "linux/kernel.h"

#include "linux/slab.h"

#include "linux/module.h"

#include "linux/init.h"

#include "linux/usb/input.h"

#include "linux/hid.h"

static struct input_dev *uk_dev;

static char *usb_buf;

static dma_addr_t usb_buf_phys;

static int len;

static struct urb *uk_urb;

static struct usb_device_id usbmouse_as_key_id_table [] = {

{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,

USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },

//{USB_DEVICE(0x1234,0x5678)}, //表示USB設備驅動程序只支持某個廠家生產的某個產品

{ } // Terminating entry

};

static void usbmouse_as_key_irq(struct urb *urb)

{

static unsigned char pre_val;

#if 0

int i;

static int cnt = 0;

printk("data cnt %d: ", ++cnt);

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

{

printk("x ", usb_buf[i]);

}

printk("\n");

#endif

// USB滑鼠數據含義

* data[0]: bit0-左鍵, 1-按下, 0-鬆開

* bit1-右鍵, 1-按下, 0-鬆開

* bit2-中鍵, 1-按下, 0-鬆開

*

//

if ((pre_val & (1<<0)) != (usb_buf[0] & (1<<0)))

{

// 左鍵發生了變化

input_event(uk_dev, EV_KEY, KEY_L, (usb_buf[0] & (1<<0)) ? 1 : 0);

input_sync(uk_dev);

}

if ((pre_val & (1<<1)) != (usb_buf[0] & (1<<1)))

{

// 右鍵發生了變化

input_event(uk_dev, EV_KEY, KEY_S, (usb_buf[0] & (1<<1)) ? 1 : 0);

input_sync(uk_dev);

}

if ((pre_val & (1<<2)) != (usb_buf[0] & (1<<2)))

{

// 中鍵發生了變化

input_event(uk_dev, EV_KEY, KEY_ENTER, (usb_buf[0] & (1<<2)) ? 1 : 0);

input_sync(uk_dev);

}

pre_val = usb_buf[0];

// 重新提交urb

usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL);

}

static int usbmouse_as_key_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)

{

struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);

struct usb_host_interface *interface;

struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;

int pipe;

interface = intf->cur_altsetting;

endpoint = &interface->endpoint[0].desc;

// a. 分配一個input_dev

uk_dev = input_allocate_device();

// b. 設置

// b.1 能產生哪類事件

set_bit(EV_KEY, uk_dev->evbit);

set_bit(EV_REP, uk_dev->evbit);

// b.2 能產生哪些事件

set_bit(KEY_L, uk_dev->keybit);

set_bit(KEY_S, uk_dev->keybit);

set_bit(KEY_ENTER, uk_dev->keybit);

//c. 註冊

input_register_device(uk_dev);

// d. 硬體相關操作（使用USB總線驅動程序提供的函數進行讀、寫操作）

// 數據傳輸3要素: 源,目的,長度

// 1、源: USB設備的某個端點

pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);

// 2、長度:

len = endpoint->wMaxPacketSize;

///3、目的:

usb_buf = usb_buffer_alloc(dev, len, GFP_ATOMIC, &usb_buf_phys);

// 使用"3要素"

// 首先分配usb request block

uk_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);

// 使用"3要素設置urb"

usb_fill_int_urb(uk_urb, dev, pipe, usb_buf, len, usbmouse_as_key_irq, NULL, endpoint->bInterval);

uk_urb->transfer_dma = usb_buf_phys;

uk_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

// 使用URB

usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL);

return 0;

}

static void usbmouse_as_key_disconnect(struct usb_interface *intf)

{

struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);

//printk("disconnect usbmouse!\n");

usb_kill_urb(uk_urb);

usb_free_urb(uk_urb);

usb_buffer_free(dev, len, usb_buf, usb_buf_phys);

input_unregister_device(uk_dev);

input_free_device(uk_dev);

}

// 1. 分配/設置usb_driver

static struct usb_driver usbmouse_as_key_driver = {

.name = "usbmouse_as_key_",

.probe = usbmouse_as_key_probe,

.disconnect = usbmouse_as_key_disconnect,

.id_table = usbmouse_as_key_id_table, //比較id_table匹配成功以後調用probe函數

};

static int usbmouse_as_key_init(void)

{

// 2. 註冊

usb_register(&usbmouse_as_key_driver);

return 0;

}

static void usbmouse_as_key_exit(void)

{

usb_deregister(&usbmouse_as_key_driver);

}

module_init(usbmouse_as_key_init);

module_exit(usbmouse_as_key_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

=================================================================

現象：把USB設備接到PC

1. 右下角彈出"發現android phone"

2. 跳出一個對話框，提示你安裝驅動程序

問1. 既然還沒有"驅動程序"，為何能知道是"android phone"

答1. windows裡已經有了USB的總線驅動程序，接入USB設備後，是"總線驅動程序"知道你是"android phone"

提示你安裝的是"設備驅動程序"

USB總線驅動程序負責：識別USB設備, 給USB設備找到對應的驅動程序

問2. USB設備種類非常多，為什麼一接入電腦，就能識別出來？

答2. PC和USB設備都得遵守一些規範。

比如：USB設備接入電腦後，PC機會發出"你是什麼"？

USB設備就必須回答"我是xxx", 並且回答的語言必須是中文

USB總線驅動程序會發出某些命令想獲取設備信息(描述符)，

USB設備必須返回"描述符"給PC

問3. PC機上接有非常多的USB設備，怎麼分辨它們？

USB接口只有4條線: 5V,GND,D-,D+

答3. 每一個USB設備接入PC時，USB總線驅動程序都會給它分配一個編號

接在USB總線上的每一個USB設備都有自己的編號(地址)

PC機想訪問某個USB設備時，發出的命令都含有對應的編號(地址)

問4. USB設備剛接入PC時，還沒有編號；那麼PC怎麼把"分配的編號"告訴它？

答4. 新接入的USB設備的默認編號是0，在未分配新編號前，PC使用0編號和它通信。

問5. 為什麼一接入USB設備，PC機就能發現它？

答5. PC的USB口內部，D-和D+接有15K的下拉電阻，未接USB設備時為低電平

USB設備的USB口內部，D-(表示全速設備12Mbps)或D+(表示高速設備480Mbps)接有1.5K的上拉電阻；它一接入PC，就會把PC USB口的D-或D+拉高，從硬體的角度通知PC有新設備接入

其他概念:

1. USB是主從結構的

所有的USB傳輸，都是從USB主機這方發起；USB設備沒有"主動"通知USB主機的能力。

例子：USB滑鼠滑動一下立刻產生數據，但是它沒有能力通知PC機來讀數據，只能被動地等得PC機來讀。

2. USB的傳輸類型:

a. 控制傳輸：可靠，時間有保證，比如：USB設備的識別過程

b. 批量傳輸: 可靠, 時間沒有保證, 比如：U盤

c. 中斷傳輸：可靠，實時，比如：USB滑鼠

d. 實時傳輸：不可靠，實時，比如：USB攝像頭

3. USB傳輸的對象：端點(endpoint)

我們說"讀U盤"、"寫U盤"，可以細化為：把數據寫到U盤的端點1，從U盤的端點2裡讀出數據

除了端點0外，每一個端點只支持一個方向的數據傳輸

端點0用於控制傳輸，既能輸出也能輸入

4. 每一個端點都有傳輸類型，傳輸方向

5. 術語裡、程序裡說的輸入(IN)、輸出(OUT) "都是" 基於USB主機的立場說的。

比如滑鼠的數據是從滑鼠傳到PC機, 對應的端點稱為"輸入端點"

6. USB總線驅動程序的作用

a. 識別USB設備

b. 查找並安裝對應的設備驅動程序

c. 提供USB讀寫函數

USB驅動程序框架:

app:

-------------------------------------------

內核 --------------------------------------

USB總線驅動程序 // 1. 識別, 2. 找到匹配的設備驅動, 3. 提供USB讀寫函數 (它不知道數據含義)

-------------------------------------------

USB主機控制器

UHCI OHCI EHCI

硬體 -----------

USB設備

UHCI: intel, 低速(1.5Mbps)/全速(12Mbps)

OHCI: microsoft 低速/全速

EHCI: 高速(480Mbps)

USB總線驅動程序的作用

1. 識別USB設備

1.1 分配地址

1.2 並告訴USB設備(set address)

1.3 發出命令獲取描述符

描述符的信息可以在include\linux\usb\Ch9.h看到

2. 查找並安裝對應的設備驅動程序

3. 提供USB讀寫函數

把USB設備接到開發板上，看輸出信息:

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

在內核目錄下搜:

grep "USB device using" * -nR

drivers/usb/core/hub.c:2186: "%s %s speed %sUSB device using %s and address %d\n",

hub_irq

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); // 給新設備分配編號(地址)

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

hub_set_address // 把編號(地址)告訴USB設備

usb_get_device_descriptor(udev, 8); // 獲取設備描述符

retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);

usb_new_device(udev)

err = usb_get_configuration(udev); // 把所有的描述符都讀出來，並解析

usb_parse_configuration

device_add // 把device放入usb_bus_type的dev鍊表,

// 從usb_bus_type的driver鍊表裡取出usb_driver，

// 把usb_interface和usb_driver的id_table比較

// 如果能匹配，調用usb_driver的probe

1. 分配/設置usb_driver結構體

.id_table

.probe

.disconnect

2. 註冊

測試1th/2th:

1. make menuconfig去掉原來的USB滑鼠驅動

-> Device Drivers

-> HID Devices

<> USB Human Interface Device (full HID) support

2. make uImage 並使用新的內核啟動

3. insmod usbmouse_as_key.ko

4. 在開發板上接入、拔出USB滑鼠

測試3th:

1. insmod usbmouse_as_key.ko

2. ls /dev/event*

3. 接上USB滑鼠

4. ls /dev/event*

5. 操作滑鼠觀察數據

測試4th:

1. insmod usbmouse_as_key.ko

2. ls /dev/event*

3. 接上USB滑鼠

4. ls /dev/event*

5. cat /dev/tty1 然後按滑鼠鍵

6. hexdump /dev/event0

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