Uboot Beaglebone Black Usb驱动分析

在驱动开发中，USB驱动是比较难以理解的部分，也是令驱动开发者比较头疼的，不仅是因为USB包括host端和设备端；USB的协议类型也非常多：数据传输的协议，控制协议，主控制器协议，设备相关的协议，硬件接口的协议。

还要注意的是，设备端还包括多种设备，主要分为五大类：显示器、通信设备（串口一类）、人机输入（键鼠）、音频设备、海量储存（U盘）。

每一种设备的通信协议都不一样，比如海量存储设备，它的通信协议有四个规范：CBI传输、Bulk-Only传输、ATA命令块、UFI命令规范。

而USB的所有系统实现中，UBoot的实现是最为简单易懂的，这点我相信进行过驱动开发的同学都能体会。不仅是因为UBoot的设备树管理简单，而且实现方式基本都是polling，不会用到中断，理解起来方便很多。这里用BBB板子作为示例

首先是初始化，BBB的USB初始化并不包含在board.c文件中，也就是说并不是上电后就自动初始化USB。这点和UBoot的其他很多板子都不一样。而是要利用usb的shell命令进行初始化：在uboot命令行下输入usb回车；如下图所示：

可以看到利用usb start命令可以实现usb的初始化，看下usb start源码实现：

在common/cmd_usb.c中：

static void do_usb_start(void)
{
	bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_USB_START, "usb_start");

	if (usb_init() < 0)
		return;

	/* Driver model will probe the devices as they are found */
#ifndef CONFIG_DM_USB
#ifdef CONFIG_USB_STORAGE
	/* try to recognize storage devices immediately */
	usb_stor_curr_dev = usb_stor_scan(1);
#endif
#endif
#ifdef CONFIG_USB_HOST_ETHER
# ifdef CONFIG_DM_ETH
#  ifndef CONFIG_DM_USB
#   error "You must use CONFIG_DM_USB if you want to use CONFIG_USB_HOST_ETHER with CONFIG_DM_ETH"
#  endif
# else
	/* try to recognize ethernet devices immediately */
	usb_ether_curr_dev = usb_host_eth_scan(1);
# endif
#endif
#ifdef CONFIG_USB_KEYBOARD
	drv_usb_kbd_init();
#endif
}

进入该函数首先调用usb_init函数，该函数在common/usb.c中：

int usb_init(void)
{
	void *ctrl;
	struct usb_device *dev;
	int i, start_index = 0;
	int controllers_initialized = 0;
	int ret;

	dev_index = 0;
	asynch_allowed = 1;
	usb_hub_reset();

	/* first make all devices unknown */
	for (i = 0; i < USB_MAX_DEVICE; i++) {
		memset(&usb_dev[i], 0, sizeof(struct usb_device));
		usb_dev[i].devnum = -1;
	}

	/* init low_level USB */
	for (i = 0; i < CONFIG_USB_MAX_CONTROLLER_COUNT; i++) {
		/* init low_level USB */
		printf("USB%d:   ", i);
		ret = usb_lowlevel_init(i, USB_INIT_HOST, &ctrl);
		if (ret == -ENODEV) {	/* No such device. */
			puts("Port not available.\n");
			controllers_initialized++;
			continue;
		}

		if (ret) {		/* Other error. */
			puts("lowlevel init failed\n");
			continue;
		}
		/*
		 * lowlevel init is OK, now scan the bus for devices
		 * i.e. search HUBs and configure them
		 */
		controllers_initialized++;
		start_index = dev_index;
		printf("scanning bus %d for devices... ", i);
		ret = usb_alloc_new_device(ctrl, &dev);
		if (ret)
			break;

		/*
		 * device 0 is always present
		 * (root hub, so let it analyze)
		 */
		ret = usb_new_device(dev);
		if (ret)
			usb_free_device(dev->controller);

		if (start_index == dev_index) {
			puts("No USB Device found\n");
			continue;
		} else {
			printf("%d USB Device(s) found\n",
				dev_index - start_index);
		}

		usb_started = 1;
	}

	debug("scan end\n");
	/* if we were not able to find at least one working bus, bail out */
	if (controllers_initialized == 0)
		puts("USB error: all controllers failed lowlevel init\n");

	return usb_started ? 0 : -ENODEV;
}

在usb_init函数中会调用usb_lowlevel_init函数，该函数实现了的是ehci的初始化，也就是调用了ehci_hcd_init函数，该函数的具体实现在每个班子的board.c中，这里不做过多分析。

返回到do_usb_start函数中，调用完usb_init函数后，会进行各种设备的检测：

#ifdef CONFIG_USB_STORAGE

如果定义了CONFIG_USB_STORAGE宏定义，那么会调用usb_stor_scan函数对usb海量数据存储设备进行检测，也就是对u盘进行检测：

看看该函数的实现：

在common/usb_storage.c中：

int usb_stor_scan(int mode)
{
	unsigned char i;

	if (mode == 1)
		printf("       scanning usb for storage devices... ");

	usb_disable_asynch(1); /* asynch transfer not allowed */

	usb_stor_reset();
	for (i = 0; i < USB_MAX_DEVICE; i++) {
		struct usb_device *dev;

		dev = usb_get_dev_index(i); /* get device */
		debug("i=%d\n", i);
		if (usb_stor_probe_device(dev))
			break;
	} /* for */

	usb_disable_asynch(0); /* asynch transfer allowed */
	printf("%d Storage Device(s) found\n", usb_max_devs);
	if (usb_max_devs > 0)
		return 0;
	return -1;
}

该函数中首先调用usb_disable_asynch函数禁用异步传输，然后reset stor设备，然后就是最重要的usb_stor_probe_device函数，也就是探测storage设备：

该函数也在同一个文件中：

static int usb_stor_probe_device(struct usb_device *dev)
{
	if (dev == NULL)
		return -ENOENT; /* no more devices available */

	debug("\n\nProbing for storage\n");
	if (usb_storage_probe(dev, 0, &usb_stor[usb_max_devs])) {
		/* OK, it's a storage device.  Iterate over its LUNs
			* and populate `usb_dev_desc'.
			*/
		int lun, max_lun, start = usb_max_devs;

		max_lun = usb_get_max_lun(&usb_stor[usb_max_devs]);
		for (lun = 0;
			lun <= max_lun && usb_max_devs < USB_MAX_STOR_DEV;
			lun++) {
			struct block_dev_desc *blkdev;

			blkdev = &usb_dev_desc[usb_max_devs];
			memset(blkdev, '\0', sizeof(block_dev_desc_t));
			blkdev->if_type = IF_TYPE_USB;
			blkdev->dev = usb_max_devs;
			blkdev->part_type = PART_TYPE_UNKNOWN;
			blkdev->target = 0xff;
			blkdev->type = DEV_TYPE_UNKNOWN;
			blkdev->block_read = usb_stor_read;
			blkdev->block_write = usb_stor_write;
			blkdev->lun = lun;
			blkdev->priv = dev;

			if (usb_stor_get_info(dev, &usb_stor[start],
					      &usb_dev_desc[usb_max_devs]) ==
					      1) {
				usb_max_devs++;
				debug("%s: Found device %p\n", __func__, dev);
			}
		}
	}

	/* if storage device */
	if (usb_max_devs == USB_MAX_STOR_DEV) {
		printf("max USB Storage Device reached: %d stopping\n",
		       usb_max_devs);
		return -ENOSPC;
	}

	return 0;
}

这样就实现了usb中大容量设备的检测；然后回到do_usb_start函数，如果定义了CONFIG_USB_HOST_ETHER，那么会调用usb_host_eth_scan函数对usb 网卡设备进行检测，同理如果定义了CONFIG_USB_KEYBOARD，会调用drv_usb_kbd_init函数对人体标准输入设备进行初始化。

全部检测完成后会在shell输出检测结果：

同样，调用usb的其他命令也会执行相应函数，都在cmd_usb.c文件中。不做展开。