linux设备驱动(25)usb驱动-基础知识
在终端用户看来，USB设备为主机提供了多种多样的附加功能，如文件传输，声音播放等，但对USB主机来说，它与所有USB设备的接口都是一致的。一个USB设备由3个功能模块组成：USB总线接口、USB逻辑设备和功能单元：
（1）USB总线接口指的是USB设备中的串行接口引擎（SIE）；
（2）USB逻辑设备被USB系统软件看作是一个端点的集合；
（3）功能单元被客户软件看作是一个接口的集合。SIE、端点和接口都是USB设备的组成单元；
1 usb总线驱动的作用
（1）识别USB设备,给USB设备找到对应的驱动程序
（2）新接入的USB设备的默认地址(编号)是0，在未分配新编号前，PC主机使用0地址和它通信。然后USB总线驱动程序都会给它分配一个地址(编号)
（3）主机想访问USB总线上某个USB设备时，发出的命令都含有对应的地址(编号)
（4）USB是一种主从结构。主机叫做Host，从机叫做Device,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。例如：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，只能被动地等得主机来读。
2 usb的传输类型
USB 通讯的最基本形式是通过端点。一个USB端点只能向一个方向传输数据（从主机到设备(称为输出端点)或者从设备到主机(称为输入端点)）。端点可被看作一个单向的管道。USB 端点有 4 种不同类型, 分别具有不同的数据传送方式：
（1）控制传输(control)
是每一个USB设备必须支持的，通常用来获取设备描述符、设置设备的状态等等。一个USB设备从插入到最后的拔出这个过程一定会产生控制传输，即便这个USB设备不能被这个系统支持。
（2）中断传输(interrupt)
支持中断传输的典型设备有USB鼠标、 USB键盘等等。中断传输不是说我的设备真正发出一个中断，然后主机会来读取数据。它其实是一种轮询的方式来完成数据的通信。USB设备会在设备驱动程序中设置一个参数叫做interval，它是endpoint的一个成员。 interval是间隔时间的意思，表示我这个设备希望主机多长时间来轮询自己,只要这个值确定了之后，我主机就会周期性的来查看有没有数据需要处理
（3）批量传输(bulk)
支持批量传输最典型的设备就是U盘，它进行大数量的数据传输，能够保证数据的准确性，但是时间不是固定的。
（4）实时传输(isochronous)
USB摄像头就是实时传输设备的典型代表，它同样进行大数量的数据传输，数据的准确性无法保证，但是对传输延迟非常敏感，也就是说对实时性要求比较高
3 USB端点
USB设备与主机会有若干个通信的”端点”,每个端点都有个端点号,除了端点0外，每一个端点只能工作在一种传输类型(控制传输、中断传输、批量传输、实时传输)下,一个传输方向下。传输方向都是基于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"中断输入端点"。其中端点0是设备的默认控制端点, 既能输出也能输入,用于USB设备的识别过程。
4 usb描述符
为了更好地描述USB设备的特征，USB提出了设备架构的概念。从这个角度来看，可以认为USB设备是由一些配置、接口和端点组成，即一个USB设备可以含有一个或多个配置，在每个配置中可含有一个或多个接口，在每个接口中可含有若干个端点。其中，配置和接口是对USB设备功能的抽象，实际的数据传输由端点来完成。在使用USB设备前，必须指明其采用的配置和接口。这个步骤一般是在设备接入主机时设备进行枚举时完成的。
设备通常有一个或多个配置；配置通常有一个或多个接口；接口通常有一个或多个设置；接口有零或多个端点。如下图所示：
4.1 设备描述符
定义位于：include\uapi\linux\usb\ch9.h
设备代表一个USB设备，它由一个或多个配置组成。设备描述符用于说明设备的总体信息，并指明其所含的配置的个数。一个USB设备只能有一个设备描述符。USB设备描述符位于USB设备结构体usb_device中的成员descriptor中。同样地,配置、接口、端点描述符也是位于USB配置、接口、端点结构体中,不过这3个对于我们写驱动的不是很常用。
1 /* USB_DT_DEVICE: Device descriptor */ 2 struct usb_device_descriptor { 3 __u8 bLength; //本描述符的size 4 __u8 bDescriptorType; //描述符的类型，这里是设备描述符DEVICE 5 __u16 bcdUSB; //指明usb的版本，比如usb2.0 6 __u8 bDeviceClass; //类 7 __u8 bDeviceSubClass; //子类 8 __u8 bDeviceProtocol; //指定协议 9 __u8 bMaxPacketSize0; //端点0对应的最大包大小 10 __u16 idVendor; //厂家ID 11 __u16 idProduct; //产品ID 12 __u16 bcdDevice; //设备的发布号 13 __u8 iManufacturer; //字符串描述符中厂家ID的索引 14 __u8 iProduct; //字符串描述符中产品ID的索引 15 __u8 iSerialNumber; //字符串描述符中设备序列号的索引 16 __u8 bNumConfigurations; //配置描述符的个数,表示有多少个配置描述符 17 } __attribute__ ((packed));
4.2 配置描述符
一个USB设备可以包含一个或多个配置，如USB设备的低功耗模式和高功耗模式可分别对应一个配置。在使用USB设备前，必须为其选择一个合适的配置。配置描述符用于说明USB设备中各个配置的特性，如配置所含接口的个数等。USB设备的每一个配置都必须有一个配置描述符。
1 struct usb_config_descriptor { 2 __u8 bLength; //描述符的长度 3 __u8 bDescriptorType; //描述符类型的编号 4 5 __le16 wTotalLength; //配置 所返回的所有数据的大小 6 __u8 bNumInterfaces; //配置 所支持的接口个数, 表示有多少个接口描述符 7 __u8 bConfigurationValue; //Set_Configuration命令需要的参数值 8 __u8 iConfiguration; //描述该配置的字符串的索引值 9 __u8 bmAttributes; //供电模式的选择 10 __u8 bMaxPower; //设备从总线提取的最大电流 11 } __attribute__ ((packed));
4.3 接口描述符
一个配置可以包含一个或多个接口，例如对一个光驱来说，当用于文件传输时，使用其大容量存储接口；而当用于播放CD时，使用其音频接口。接口是端点的集合，可以包含一个或多个可替换设置，用户能够在USB处于配置状态时改变当前接口所含的个数和特性。接口描述符用于说明设备中各个接口的特性，如接口所属的设备类及其子类等。USB设备的每个接口都必须有一个接口描述符。
它位于usb_interface->cur_altsetting->desc 这个成员结构体里。
1 struct usb_interface_descriptor { 2 __u8 bLength; //描述符的长度 3 __u8 bDescriptorType; //描述符类型的编号 4 5 __u8 bInterfaceNumber; //接口的编号 6 __u8 bAlternateSetting; //备用的接口描述符编号,提供不同质量的服务参数. 7 __u8 bNumEndpoints; //要使用的端点个数(不包括端点0), 表示有多少个端点描述符,比如鼠标就只有一个端点 8 __u8 bInterfaceClass; //接口类型,与驱动的id_table 9 __u8 bInterfaceSubClass; //接口子类型 10 __u8 bInterfaceProtocol; //接口所遵循的协议 11 __u8 iInterface; //描述该接口的字符串索引值 12 } __attribute__ ((packed)
4.4 端点描述符
端点是USB设备中的实际物理单元，USB数据传输就是在主机和USB设备各个端点之间进行的。端点一般由USB接口芯片提供，例如Freescale公司的MC68HC908JB8和MC9S12UF32。USB设备中的每一个端点都有唯一的端点号，每个端点所支持的数据传输方向一般而言也是确定的：或是输入（IN），或是输出（OUT）。也有些芯片提供的端点的数据方向是可以配置的，例如MC68HC908JB8包含有两个用于数据收发的端点：端点1和端点2。其中端点1只能用于数据发送，即支持输入（IN）操作；端点2既能用于数据发送，也可用于数据接收，即支持输入（IN）和输出（OUT）操作。而MC9S12UF32具有6个端点。
利用设备地址、端点号和传输方向就可以指定一个端点，并与它进行通信。端点的传输特性还决定了其与主机通信是所采用的传输类型，例如控制端点只能使用控制传输。根据端点的不同用途，可将端点分为两类：0号端点和非0号端点。
0号端点比较特殊，它有数据输入IN和数据输出OUT两个物理单元，且只能支持控制传输。所有的USB设备都必须含有一个0号端点，用作默认控制管道。USB系统软件就是使用该管道与USB逻辑设备进行配置通信的。0号端点在USB设备上的以后就可以使用，而非0号端点必须要在配置以后才可以使用。
根据具体应用的需要，USB设备还可以含有多个除0号端点以外的其他端点。对于低速设备，其附加的端点数最多为2个；对于全速/高速设备，其附加的端点数最多为15个。
1 struct usb_endpoint_descriptor { 2 __u8 bLength; //描述符的长度 3 __u8 bDescriptorType; //描述符类型的编号 4 5 __u8 bEndpointAddress; //端点地址：0～3位是端点号，第7位是方向(0-OUT,1-IN) 6 __u8 bmAttributes; //端点的属性, 比如中断传输类型,输入类型；bit[0:1] 的值为00表示控制，为01表示同步，为02表示批量，为03表示中断 7 __le16 wMaxPacketSize; //一个端点的最大包大小, 8 __u8 bInterval; //间隔时间,用在中断传输上,比如间隔时间查询鼠标的数据。轮询数据传送端点的时间间隔;对于批量传送的端点以及控制传送的端点，此域忽略;对于同步传送的端点，此域必须为1. 9 10 11 /* NOTE: these two are _only_ in audio endpoints. */ 12 /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */ 13 __u8 bRefresh; 14 __u8 bSynchAddress; 15 16 } __attribute__ ((packed));
参考博文：https://blog.csdn.net/zqixiao_09/java/article/details/50984074
