转自:http://blog.csdn.net/xuelin273/article/details/38646765

usb热插拔,即usb设备可以实现即插即用,像U盘一样,插到电脑里就可以用,不用时可以直接拔除,这个动作不会影响USB设备使用性能。

在linx 系统中,usb热插拔由两部分方面共同实现,即内核空间和用户空间,内核由一个守护进程实现,用户空间由udev 程序实现。在内核空间里,有一个专门用于监控usb hub的状态的守护进程,守护进程通过等待队列实现,等待队列平时处理休眠状态,当usb hub上状态变化时(即有usb设备从usb hub上插入或拔出)时,便会去唤醒等待队列,然后去实现usb设备枚举,枚举成功后,向linux系统注册usb设备,并通过kobject_event通知用户空间,有设备插入或拔出,用户空间里有一个专门用于实现动态加载设备节点的程序udev,当它收到内核通知后,能够动态创建usb设备节点,这样便实现了usb的热插拔。

本文主要从usb设备枚举最基本的几个方面进行讲解,即usb守护进程、守护进程如何唤醒、被谁唤醒。

一.守护进程

        在linux系统中,usb是一个相对比较复杂的子系统,所以usb子系统的初始化过程 也相对复杂,涉及了多个方面:usb总线初始化、usb文件系统初始化、usb hub初始化、usb设备驱动注册等。其中,在usb hub初始化usb_hub_init过程中,它除了向系统注册usb hub驱动处,还创建了一个用于监控usb root hub状态的守护进程hub_thread.
        hub_thread由kthread_run创建并唤醒:
  1. khubd_task = kthread_run(hub_thread, NULL, "khubd");
  2. if (!IS_ERR(khubd_task))
  3. return 0;
  1. static int hub_thread(void *__unused)
  2. {
  3. set_freezable();
  4. do {
  5. hub_events();
  6. wait_event_freezable(khubd_wait,
  7. !list_empty(&hub_event_list) ||
  8. kthread_should_stop());
  9. } while (!kthread_should_stop() || !list_empty(&hub_event_list));
  10. pr_debug("%s: khubd exiting\n", usbcore_name);
  11. return 0;
  12. }

第3行的set_freezable作用是清除当前线程标志flags中的PF_NOFREEZE位,表示当前线程能进入挂起或休眠状态。

        接下来就是一个do...while的死循环,循环结束的条件是当前线程收到stop请求并且hub_event_list列表里为空,守护进程由kthread_run创建并唤醒,当调用kthread_stop时,就会停止该线程;只有收到kthread_stop且hub_event_list列表为空时才会跳出do...while循环。
        在do...while循环中只有两行代码,hub_events为usb系统中最核心部分,这里只要hub_event_list里非空就会运行USB的枚举过程,直到hub_event_list为空,则跳出hub_events,通过wait_event_freezable进入休眠,其中khubd_wait为一个等待队列头,它通过静态方式 定义:
  1. static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(khubd_wait);
       wait_event_freezable中第二个参数为等待队列进入休眠条件condition,只有第二个参数为假时才能进入休眠,即hub_event_list列表为空且没有收到stop请求,这里hub_event_list肯定为空,所以只要没有收到kthread_stop请求,就能进入休眠,休眠被唤醒后检测condition时否已经满足条件,即condition为真,hub_event_list不为空或收到stop请求,如果是收到stop请求,则直接退出do...while循环,如果是因为hub_event_list非空,则运行hub_events,实现usb枚举。

二 .守护进程唤醒

         当运行完hub_events后,usb线程就会通过wait_event_freezable进入休眠状态,直到被信号中断或条件满足被唤醒,usb的守护进程由kick_khubd函数进行唤醒,该函数在多个地方被调用:
  1. static void kick_khubd(struct usb_hub *hub)
  2. {
  3. unsigned long   flags;
  4. spin_lock_irqsave(&hub_event_lock, flags);
  5. if (!hub->disconnected && list_empty(&hub->event_list)) {
  6. list_add_tail(&hub->event_list, &hub_event_list);
  7. /* Suppress autosuspend until khubd runs */
  8. usb_autopm_get_interface_no_resume(
  9. to_usb_interface(hub->intfdev));
  10. wake_up(&khubd_wait);
  11. }
  12. spin_unlock_irqrestore(&hub_event_lock, flags);
  13. }
 第6行,只有在hub连接并且hub中的event_list为初始状态;

第7行,将hub的event_list添加到hub_event_list列表,用于满足守护进程被唤醒时的条件。

 第10行,自动挂载计数加1,停止hub在进行枚举的时候进入suspend态。
         第12行,通过wake_up唤醒已经休眠的usb守护进程。
         有多个地方可以调用kick_khubd来唤醒usb守护进程:

          hub有两个端口,即control endpoint和interrupt endpoint,其中interrupt endpoint主要用于查询hub 上的port状态变化。在添加控制器驱动时会创建一个root hub,而当root hub的port上检测到有hub插入时,也会创建一个usb hub,在为root hub或普通hub进行配置时,会为它申请的interrupt endpoint申请urb相关资源:
  1. hub->urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
  2. if (!hub->urb) {
  3. ret = -ENOMEM;
  4. goto fail;
  5. }
  6. usb_fill_int_urb(hub->urb, hdev, pipe, *hub->buffer, maxp, hub_irq, hub, endpoint->bInterval);

urb的回调函数为hub_irq:

  1. static void hub_irq(struct urb *urb)
  2. {
  3. struct usb_hub *hub = urb->context;
  4. int status = urb->status;
  5. unsigned i;
  6. unsigned long bits;
  7. switch (status) {
  8. case -ENOENT:       /* synchronous unlink */
  9. case -ECONNRESET:   /* async unlink */
  10. case -ESHUTDOWN:    /* hardware going away */
  11. return;
  12. default:        /* presumably an error */
  13. /* Cause a hub reset after 10 consecutive errors */
  14. dev_dbg (hub->intfdev, "transfer --> %d\n", status);
  15. if ((++hub->nerrors < 10) || hub->error)
  16. goto resubmit;
  17. hub->error = status;
  18. /* FALL THROUGH */
  19. /* let khubd handle things */
  20. case 0:         /* we got data:  port status changed */
  21. bits = 0;
  22. for (i = 0; i < urb->actual_length; ++i)
  23. bits |= ((unsigned long) ((*hub->buffer)[i]))
  24. << (i*8);
  25. hub->event_bits[0] = bits;
  26. break;
  27. }
  28. hub->nerrors = 0;
  29. /* Something happened, let khubd figure it out */
  30. kick_khubd(hub);
  31. resubmit:
  32. if (hub->quiescing)
  33. return;
  34. if ((status = usb_submit_urb (hub->urb, GFP_ATOMIC)) != 0
  35. && status != -ENODEV && status != -EPERM)
  36. dev_err (hub->intfdev, "resubmit --> %d\n", status);
  37. }

在hub_irq中可以看到,如果urb被成功提交给控制器,并成功获取port状态,就会调用kick_khubd唤醒守护进程;

对于ohci类型的root hub,它除了和其它hub一样,可以通过usb_submit_urb提交查询hub状态的请求,它还可以通过中断方式去查询,在用usb_add_hcd添加控制器驱动时,会为控制器申请中断:
  1. retval = usb_hcd_request_irqs(hcd, irqnum, irqflags);
  2. if (retval)
  3. goto err_request_irq;
         对于ohci类型的控制器,在中断处理程序ohci_irq中,其中有一项就是用来监控root hub上的port状态的:
  1. if (ints & OHCI_INTR_RHSC) {
  2. ohci_vdbg(ohci, "rhsc\n");
  3. ohci->next_statechange = jiffies + STATECHANGE_DELAY;
  4. ohci_writel(ohci, OHCI_INTR_RD | OHCI_INTR_RHSC, ®s->intrstatus);
  5. ohci_writel(ohci, OHCI_INTR_RHSC, ®s->intrdisable);
  6. usb_hcd_poll_rh_status(hcd);
  7. }

当port上状态发生变化时,就会调用usb_hcd_poll_rh_status去查询usb root hub port状态,并调用hub中interrupt urb的回调函数hub_irq,最终去唤醒usb守护进程。

        对于root hub,当它使用usb_submit_urb去提交查询hub状态请求时,它是通过启动一个定时器rh_timer去定时查询root hub状态的,如果成功获取hub状态,并通过hub_irq返回,则在hub_irq最后会再次自动调用usb_submit_urb去获取hub状态。如果不能获取或不能成功通过hub_irq返回,则不会再去调用usb_submit_urb;
         对于root hub可以通过主动去调用usb_submit_urb来查询port状态或通过控制器的中断来处理,除此之外,在向系统添加控制器驱动时,会自动创建并注册一个root hub,驱动将会对这个root hub匹配hub驱动并对它进行配置,配置完后它会主动的调用kick_khubd去唤醒守护进程(hub_activate)。
        如果在枚举的时候发现插入的是一个usb hub,则也会为这个hub匹配其驱动,如果成功匹配驱动,便会对hub进行配置,配置成功后也会去调用kick_khubd去唤醒守护进程。

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