Linux之 USB驱动框架-USB鼠标驱动源码分析(5)

一、usbmouse.c

下面我们分析下USB鼠标驱动,鼠标输入HID类型,其数据传输采用中断URB,鼠标端点类型为IN。好了,我们先看看这个驱动的模块加载部分。

路径:drivers/hid/usbhid/usbmouse.c

static const struct usb_device_id usb_mouse_id_table[] = {

{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,

USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },

{ } /* Terminating entry */

};

static struct usb_driver usb_mouse_driver = {

.name = "usbmouse",

.probe = usb_mouse_probe,

.disconnect = usb_mouse_disconnect,

.id_table = usb_mouse_id_table,

};

module_usb_driver(usb_mouse_driver);

//注册usb 接口驱动

再细细看看USB_INTERFACE_INFO宏的定义

/**

* USB_INTERFACE_INFO - macro used to describe a class of usb interfaces

* @cl: bInterfaceClass value

* @sc: bInterfaceSubClass value

* @pr: bInterfaceProtocol value

*

* This macro is used to create a struct usb_device_id that matches a

* specific class of interfaces.

*/

#define USB_INTERFACE_INFO(cl, sc, pr) \

.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, \

.bInterfaceClass = (cl), \

.bInterfaceSubClass = (sc), \

.bInterfaceProtocol = (pr)

根据宏,我们知道,我们设置的支持项包括接口类,接口子类,接口协议三个匹配项。

1.2 USB接口设备的创建

当一个USB 鼠标设备插入后,主机USB控制器检测到后,触发USB设备集线器中的"中断"处理函数hub_irq。在hub_irq中会获取USB鼠标设备的设备描述符,根据设备描述符创建USB接口设备,从而和这边的USB接口驱动匹配,调用其probe函数,通过USB总线驱动程序(USB Core和USB HCD)和USB鼠标设备建立联系,进而操作(读写控制)该设备。

hub_irq->

kick_hub_wq->// 把hub work压入 hub_wq

hub_event ->// 处理USB设备插入事件

port_event->

hub_port_connect_change->

hub_port_connect->

hub_port_init->

usb_get_device_descriptor// 获取设备描述符

usb_new_device(udev)->

usb_enumerate_device// 把所有的描述符都读出来,并解析

device_add-> // 把device放入usb_bus_type的dev链表,

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

1.3 USB接口驱动和USB接口设备的匹配

USB设备插入后根据获取到的设备描述符所创建的USB 接口设备和开发的USB接口驱动匹配:

对于设备:

将获取到的USB设备描述符信息保存在其id_table中。

对于驱动:

驱动的id_table中存放,期望该驱动适用的USB设备。

static const struct usb_device_id usb_mouse_id_table[] = {

{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,

USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },

{ } /* Terminating entry */

};

匹配 HID 设备

USB 设备中有一大类就是 HID 设备,即 Human Interface Devices,人机接口设备。

这类设备包括鼠标、键盘等,主要用于人与计算机进行交互。

它是 USB 协议最早支持的一种设备类。

HID 设备可以作为低速、全速、高速设备用。

由于 HID 设备要求用户输入能得到及时响应,故其传输方式通常采用中断方式。

匹配成功后调用该驱动的probe函数;

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

{

struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);//由接口获取 usb_device

struct usb_host_interface *interface;

struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;//端点描述符

struct usb_mouse *mouse;//本驱动私有结构体

struct input_dev *input_dev; //输入结构体

int pipe, maxp;

int error = -ENOMEM;

interface = intf->cur_altsetting;//获取设置

if (interface->desc.bNumEndpoints != 1) //鼠标端点只有 1个

return -ENODEV;

endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //获得端点描述符

if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint)) //检查该端点是否是中断输入端点

return -ENODEV;

pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //建立中断输入端点

maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));//返回端点能传输的最大的数据包,鼠标的返回的最大数据包为 4个字节

mouse = kzalloc(sizeof(struct usb_mouse), GFP_KERNEL);//分配 mouse结构体

input_dev = input_allocate_device(); //分配 input设备空间

if (!mouse || !input_dev)

goto fail1;

mouse->data = usb_alloc_coherent(dev, 8, GFP_ATOMIC, &mouse->data_dma);//分配缓冲区

if (!mouse->data)

goto fail1;

mouse->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); //分配 urb

if (!mouse->irq)

goto fail2;

mouse->usbdev = dev; //填充 mouse的 usb_device结构体

mouse->dev = input_dev; //填充 mouse的 input结构体

if (dev->manufacturer)//拷贝厂商 ID

strlcpy(mouse->name, dev->manufacturer, sizeof(mouse->name));

if (dev->product) {//拷贝产品 ID

if (dev->manufacturer)

strlcat(mouse->name, " ", sizeof(mouse->name));

strlcat(mouse->name, dev->product, sizeof(mouse->name));

}

if (!strlen(mouse->name))//拷贝产品 ID

snprintf(mouse->name, sizeof(mouse->name),

"USB HIDBP Mouse %04x:%04x",

le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor),

le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct));

usb_make_path(dev, mouse->phys, sizeof(mouse->phys));

strlcat(mouse->phys, "/input0", sizeof(mouse->phys));

input_dev->name = mouse->name;//将鼠标名赋给内嵌 input结构体

input_dev->phys = mouse->phys;//将鼠标设备节点名赋给内嵌 input结构体

usb_to_input_id(dev, &input_dev->id); //将 usb设备信息拷贝给 input_id

input_dev->dev.parent = &intf->dev; //设置父节点

//evbit表明支持按键事件 (EV_KEY)和相对坐标事件 (EV_REL)

input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REL);

//keybit表明按键值包括左键、右键和中键

input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] = BIT_MASK(BTN_LEFT) |

BIT_MASK(BTN_RIGHT) | BIT_MASK(BTN_MIDDLE);

//relbit表明相对坐标事件值包括 X坐标和 Y坐标

input_dev->relbit[0] = BIT_MASK(REL_X) | BIT_MASK(REL_Y);

//keybit表明除了左键、右键和中键,还支持其他按键

input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] |= BIT_MASK(BTN_SIDE) |

BIT_MASK(BTN_EXTRA);

//relbit表明除了 X坐标和 Y坐标,还支持中键滚轮的滚动值

input_dev->relbit[0] |= BIT_MASK(REL_WHEEL);

input_set_drvdata(input_dev, mouse);//将 mouse设置为 input的私有数据

input_dev->open = usb_mouse_open;//input设备的 open

input_dev->close = usb_mouse_close;

usb_fill_int_urb(mouse->irq, dev, pipe, mouse->data,

(maxp > 8 ? 8 : maxp),

usb_mouse_irq, mouse, endpoint->bInterval); //填充 urb

mouse->irq->transfer_dma = mouse->data_dma;

mouse->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; /使用 transfer_dma

error = input_register_device(mouse->dev); //注册 input设备

if (error)

goto fail3;

usb_set_intfdata(intf, mouse);

return 0;

fail3:

usb_free_urb(mouse->irq);

fail2:

usb_free_coherent(dev, 8, mouse->data, mouse->data_dma);

fail1:

input_free_device(input_dev);

kfree(mouse);

return error;

}

其实上面这个probe主要是初始化usb设备和input设备,终极目标是为了完成urb的提交和input设备的注册。由于注册为input设备类型,那么当用户层open打开设备时候,最终会调用input中的open实现打开,我们看看input中open的实现。

usb_mouse_open

static int usb_mouse_open(struct input_dev *dev)

{

struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev);

mouse->irq->dev = mouse->usbdev;

if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL))

return -EIO;

return 0;

}

usb_submit_urb 的调用流程

usb_submit_urb->

usb_hcd_submit_urb->

①root hub -> rh_urb_enqueue

②非root hub -> urb_enqueue

urb_enqueue 的函数实现,以OHCI举例:

urb_enqueue ->

ohci_urb_enqueue

当用户层open打开这个USB鼠标后,我们就已经将urb提交给了USB核心,那么根据USB数据处理流程知道,当处理完毕后,USB核心会通知USB设备驱动程序,这里我们是响应中断服务程序,这就相当于该URB的回调函数。我们在提交urb时候定义了中断服务程序usb_mouse_irq,我们跟踪看看

usb_mouse_irq:

static void usb_mouse_irq(struct urb *urb)

{

struct usb_mouse *mouse = urb->context;

signed char *data = mouse->data;

struct input_dev *dev = mouse->dev;

int status;

switch (urb->status) {

case 0: /* success */

break;

case -ECONNRESET: /* unlink */

case -ENOENT:

case -ESHUTDOWN:

return;

/* -EPIPE: should clear the halt */

default: /* error */

goto resubmit;

}

input_report_key(dev, BTN_LEFT, data[0] & 0x01);//鼠标左键

input_report_key(dev, BTN_RIGHT, data[0] & 0x02);

input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, data[0] & 0x04);

input_report_key(dev, BTN_SIDE, data[0] & 0x08);

input_report_key(dev, BTN_EXTRA, data[0] & 0x10);

input_report_rel(dev, REL_X, data[1]);

input_report_rel(dev, REL_Y, data[2]);

input_report_rel(dev, REL_WHEEL, data[3]);

input_sync(dev);

resubmit:

status = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC);//再次提交urb,等待下次响应

if (status)

dev_err(&mouse->usbdev->dev,

"can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d\n",

mouse->usbdev->bus->bus_name,

mouse->usbdev->devpath, status);

}

根据上面的中断服务程序,我们应该知道,系统是周期性地获取鼠标的事件信息,因此在URB回调函数的末尾再次提交URB请求块,这样又会调用新的回调函数,周而复始。在回调函数中提交URB只能是GFP_ATOMIC优先级,因为URB回调函数运行于中断上下文中禁止导致睡眠的行为。而在提交URB过程中可能会需要申请内存、保持信号量,这些操作或许会导致USB内核睡眠。

看一下 usb_mouse 私有的设备结构体

struct usb_mouse {

char name[128];//名字

char phys[64]; //设备节点

struct usb_device *usbdev; //内嵌usb_device设备

struct input_dev *dev; //内嵌input_dev设备

struct urb *irq; //urb结构体指针

signed char *data; //transfer_buffer缓冲区

dma_addr_t data_dma; // transfer _dma缓冲区

};

在上面这个结构体中,每一个成员的作用都应该很清楚了,上面使用了内嵌的内核子系统的结构体,这是继承的开发思想。

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