usb驱动开发16之设备生命线

回到struct usb_hcd，继续努力的往下看。

kref，usb主机控制器的引用计数。struct usb_hcd也有自己专用的引用计数函数，看hcd.c文件。

static void hcd_release (struct kref *kref)
{
	struct usb_hcd *hcd = container_of (kref, struct usb_hcd, kref);

	kfree(hcd);
}

struct usb_hcd *usb_get_hcd (struct usb_hcd *hcd)
{
	if (hcd)
		kref_get (&hcd->kref);
	return hcd;
}
EXPORT_SYMBOL (usb_get_hcd);

void usb_put_hcd (struct usb_hcd *hcd)
{
	if (hcd)
		kref_put (&hcd->kref, hcd_release);
}
EXPORT_SYMBOL (usb_put_hcd);

和struct urb差不多，如果不明白就回去看看聊struct urb吧。

product_desc，主机控制器的产品描述字符串，对于UHCI，它为“UHCI Host Controller”，对于EHCI，它为“EHCI Host Controller”。

irq_descr[24]，这里边儿保存的是“ehci-hcd:usb1”之类的字符串，也就是驱动名加上总线编号。

CONFIG_PM，电源管理相关，飘过。

driver，每个主机控制器驱动都有一个struct hc_driver结构体。有兴趣的去看看它在hcd.h里的定义。和usb_driver、pci_driver一样，所有的xxx_driver都有一堆函数指针，这里只说下函数指针之外的东西，也就是开头儿的那三个成员。description直白点说就是驱动的大名，比如对于UHCI，它是“uhci_hcd”，对于EHCI，它就是“ehci_hcd”。product_desc和struct usb_hcd里的那个是一个样儿。hcd_priv_size还是有点儿意思的，前面喝那杯茶的时候提到过，每个主机控制器驱动都会有一个私有结构体，藏在struct usb_hcd最后的那个变长数组里，这个变也是相对的，在创建usb_hcd的时候也得知道它能变多长，不然谁知道要申请多少内存啊，这个长度就hcd_priv_size。

flags，属于HCD的一些标志，可用值就在接下来的HCD_FLAG_HW_ACCESSIBLE和HCD_FLAG_SAW_IRQ两行，至于什么作用，用到时候再聊。

rh_timer，status_urb，rh_registered ，poll_pending，poll_rh，poll_pending这几行都是专为root hub服务的。一个host controller对应一个root hub，即使某些嵌入式系统里，硬件上host controller没有集成root hub，软件上也需要虚拟一个出来，也就是所谓的virtual root hub。它位置是特殊的，但需要提供的功能和其它hub是没有什么差别的，仅仅是在和host controller的软硬件接口上有一些特别的规定。root hub再怎么特别也始终是一个hub，是一个usb设备，也不能脱离usb这个大家庭，也要向组织注册，也要有自己的设备生命线。关于root hub的生命线我们放到本节最后说，先看其他成员。

回到struct usb_hcd，看wireless，无线usb相关。

继续看irq、regs、rsrc_start、rsrc_len这几行，都是与PCI有关的。

power_budget，能够提供的电流。

*pool [HCD_BUFFER_POOLS]，几个dma池。因为HCD_BUFFER_POOLS定义为4，所以这里就表示每个主机控制器可以有4个dma池。

我们知道主机控制器是可以进行DMA传输的，想想前面的struct urb，那里有两个成员transfer_dma和setup_dma，当时只是说你可以使用usb_buffer_alloc分配好dma缓冲区给它们，然后再告诉HCD你的urb已经有了，HCD就可以不用再进行复杂的DMA映射，并没有提到你这个获取的dma缓冲区是从哪里来的，实际上就是从这里所说的dma池子里来的。

一般来说DMA映射获得的都是以页为单位的内存，urb需要不了这么大，如果需要比较小的DMA缓冲区，就离不开DMA池了。还是看看主机控制器的这几个池子是怎么创建的，在buffer.c文件里主要有四个函数，hcd_buffer_create(),hcd_buffer_destroy(),hcd_buffer_alloc(),

hcd_buffer_free();需要说明两点，第一个是即使你的主机控制器不支持DMA，这几个函数也是可以用的，只不过创建的不是DMA池子，取的也不是DMA缓冲区，此时，DMA池子不存在，hcd_buffer_alloc获取的只是适用kmalloc申请的普通内存，当然相应的，你必须在它没有利用价值的时候使用hcd_buffer_free将它释放掉。第二个问题是size的问题，看到它们里面都有个pool_max吧，这是个同一个文件里定义的数组。这个数组里定义的就是四个池子中每个池子里保存的DMA缓冲区的size。注意这里虽说只定义了四种size，但是并不说明你使用hcd_buffer_alloc获取DMA缓冲区的时候不能指定更大的size，如果都满足不了要求，那就会使用dma_alloc_coherent为她建立一个新的DMA映射。不可能每次分配都会完全恰好和上面定义的四种size一致，这个问题不用担心，实际上使用这个size获取DMA缓冲区的时候，池子会选择一个略大一些的回馈过去。

回到struct usb_hcd中来， state，主机控制器的状态，紧挨着它的下面那些行就是相关的可用值和宏定义。

hcd_priv[0]，主机控制器的私有数据被存储在这个结构体的末尾。

别忘了，我们还有一个重要的任务就是分析root hub的生命线，涉及usb_hcd结构体的主要成员有rh_timer，status_urb，rh_registered ，poll_pending，poll_rh，poll_pending这几行。还是要先声明一下，root hub的生命线只是咱们的设备生命线里的一个岔路口，不会沿着它去仔细的走，只会尽量的使用快镜头去展示一下。如果有哪里不明白，等走完了设备声明主线，你再回过头来看看，很多事情都是在我们蓦然回首的时候才明白的。

基于root hub和host controller这种极为特殊的关系，UHCI、EHCI等主机控制器驱动程序在自己的初始化代码里都有大量的篇幅花在root hub上面。不管是UHCI，还是EHCI，一般PCI都应该有个struct pci_driver结构体，都应该有一个属于自己的probe。在这个probe里，也都会调用usb_create_hcd()来创建一个属于自己的usb_hcd，也都会调用usb_add_hcd()将这个刚刚创建的usb_hcd注册到usb组织里。下面贴usb_add_hcd函数里的部分代码，主要是与root hub相关的代码。

if ((rhdev = usb_alloc_dev(NULL, &hcd->self, 0)) == NULL) {

dev_err(hcd->self.controller, "unable to allocate root hub\n");

retval = -ENOMEM;

goto err_allocate_root_hub;

}

rhdev->speed = (hcd->driver->flags & HCD_USB2) ? USB_SPEED_HIGH :

USB_SPEED_FULL;

hcd->self.root_hub = rhdev;

在usb_add_hcd函数里，调用usb_alloc_dev()来为root hub准备一个struct usb_device结构体，这时root hub的设备类型被赋值为usb_device_type，所属总线类型赋值为usb_bus_type。然后根据各个host controller的实际情况，设定它的速度。struct usb_device结构体准备妥当之后，就要赋给struct usb_bus的root_hub元素。这些都只不过是准备工作，重头戏都在usb_add_hcd()最后调用的register_root_hub()里面。register_root_hub()非常肯定的将root hub的设备号devnum设置为1，于是就少了选择地址设置地址的过程，root hub直接跳跃式发展进入了Address状态，在这个状态我们应该知道此时可以很方便的获得root hub的设备描述符，可以调用usb_new_device将root hub送给无所不能的设备模型，去寻找它命中的驱动。

retval = usb_new_device (usb_dev);

if (retval) {

dev_err (parent_dev, "can't register root hub for %s, %d\n",

usb_dev->dev.bus_id, retval);

}

如果这些都一切顺利的话，register_root_hub()在最后就会将struct usb_hcd的rh_registered设置为1，表示root hub已经找到组织并加入到革命队伍里了。

Linux设备模型根据root hub所属的总线类型usb_bus_type将它添加到usb总线的那条有名的设备链表里，然后会轮询usb总线的另外一条有名的驱动链表，针对每个找到的驱动去调用usb总线的match函数，也就是咱们以前一再遇到以后不断遇到的usb_device_match()，为root hub牵线搭桥寻找另一个匹配的半圆。要注意，root hub的设备类型是usb_device_type，所以在usb_device_match()里走的设备那条路，匹配成功的是那个对所有usb_device_type类型的设备都来者不拒的花心大萝卜，usb世界里唯一的那个usb设备驱动（不是usb接口驱动）struct device_driver结构体对象usb_generic_driver。所以接下来要调用的就是usb_generic_driver的probe函数generic_probe()，去配置root hub，然后root hub就大步迈进了Configured状态。因为root hub只有一个配置，所以generic_probe()配置root hub时并没有多少选择的烦恼，如果有所疑问，可以look下hcd.c的开头就已经设定好的root hub设备描述符

/* usb 2.0 root hub device descriptor */

static const u8 usb2_rh_dev_descriptor [18] = {

0x12, /* __u8 bLength; */

0x01, /* __u8 bDescriptorType; Device */

0x00, 0x02, /* __le16 bcdUSB; v2.0 */

0x09, /* __u8 bDeviceClass; HUB_CLASSCODE */

0x00, /* __u8 bDeviceSubClass; */

0x01, /* __u8 bDeviceProtocol; [ usb 2.0 single TT ]*/

0x40, /* __u8 bMaxPacketSize0; 64 Bytes */

0x00, 0x00, /* __le16 idVendor; */

0x00, 0x00, /* __le16 idProduct; */

KERNEL_VER, KERNEL_REL, /* __le16 bcdDevice */

0x03, /* __u8 iManufacturer; */

0x02, /* __u8 iProduct; */

0x01, /* __u8 iSerialNumber; */

0x01 /* __u8 bNumConfigurations; */

};

这张表是const的，也就是说在整个usb的世界里它都是只能去读不能去修改的，要用严谨科学的态度去对待root hub。明眼人一眼就能看到躲在它最后的那个0x01，这就是root hub支持的配置数量。在它下边儿还有针对usb 1.1的root hub设备描述符，大同小异就不贴了。

既然进入了Configured状态，就可以无拘无束的使用root hub提供的所有功能了，不过，对于咱们使用usb的劳苦大众来说，实际在起作用的还是设备里的接口，所以generic_probe()接下来就会根据root hub使用的配置，为它所有的接口准备struct usb_interface结构体对象，这时接口所属的总线类型仍然为usb_bus_type，设备类型就不一样了，为usb_if_device_type，早先说过的那句总线有总线的类型，设备有设备的类型到这里就应该再加上一句，接口有接口的类型。usb_if_device_type在message.c里定义

为root hub的接口准备struct usb_interface结构体也没费太大功夫，因为spec里规定了hub上除了端点0，就只有一个中断的IN端点，并不用准备太多的东西。root hub的配置描述符也已经在hcd.c的开头儿指定好了，确实只有一个接口，一个设置，一个端点，去look一下

/*-------------------------------------------------------------------------*/

/* Configuration descriptors for our root hubs */

static const u8 fs_rh_config_descriptor [] = {

/* one configuration */

0x09, /* __u8 bLength; */

0x02, /* __u8 bDescriptorType; Configuration */

0x19, 0x00, /* __le16 wTotalLength; */

0x01, /* __u8 bNumInterfaces; (1) */

0x01, /* __u8 bConfigurationValue; */

0x00, /* __u8 iConfiguration; */

0xc0, /* __u8 bmAttributes;

Bit 7: must be set,

6: Self-powered,

5: Remote wakeup,

4..0: resvd */

0x00, /* __u8 MaxPower; */

/* USB 1.1:

* USB 2.0, single TT organization (mandatory):

* one interface, protocol 0

*

* USB 2.0, multiple TT organization (optional):

* two interfaces, protocols 1 (like single TT)

* and 2 (multiple TT mode) ... config is

* sometimes settable

* NOT IMPLEMENTED

*/

/* one interface */

0x09, /* __u8 if_bLength; */

0x04, /* __u8 if_bDescriptorType; Interface */

0x00, /* __u8 if_bInterfaceNumber; */

0x00, /* __u8 if_bAlternateSetting; */

0x01, /* __u8 if_bNumEndpoints; */

0x09, /* __u8 if_bInterfaceClass; HUB_CLASSCODE */

0x00, /* __u8 if_bInterfaceSubClass; */

0x00, /* __u8 if_bInterfaceProtocol; [usb1.1 or single tt] */

0x00, /* __u8 if_iInterface; */

/* one endpoint (status change endpoint) */

0x07, /* __u8 ep_bLength; */

0x05, /* __u8 ep_bDescriptorType; Endpoint */

0x81, /* __u8 ep_bEndpointAddress; IN Endpoint 1 */

0x03, /* __u8 ep_bmAttributes; Interrupt */

0x02, 0x00, /* __le16 ep_wMaxPacketSize; 1 + (MAX_ROOT_PORTS / 8) */

0xff /* __u8 ep_bInterval; (255ms -- usb 2.0 spec) */

};

bNumInterfaces，if_bAlternateSetting，if_bNumEndpoints，分别指定了接口数量，使用的设置，端点的数目。也就是说，如果加上端点0，root hub只有两个端点，而另外一个端点为IN端点，端点号为1，中断类型，每次可以处理的最大字节数为2，期望host controller访问自己的时间间隔为256ms。这里为什么说这个中断端点的wMaxPacketSize为2，wMaxPacketSize行不是明确写着0x02，0x00么？协议规定usb设备的各种描述符都是按照little-endian方式的字节序存储的，先是低字节然后是高字节。

为root hub的那个唯一接口准备好struct usb_interface结构体之后应该怎么做？一个接口一个驱动，接下来显然是应该将它送给设备模型去寻找它命中注定的驱动了，所以到了usb_device_match()。不过你说这个时候设备和接口两条路它应该走哪条？它的类型已经设置成usb_if_device_type了，设备那条路把门儿的根本就不会让它进，所以它必须得去走接口那条路。有关在接口这条路上它怎么去寻找另一半儿，日后再说。

回头再看root hub的设备描述符，它的bDeviceClass 被指定为0x09，在include/linux/usb/ch9.h里，它对应的是USB_CLASS_HUB，再看看root hub配置描述符的bInterfaceClass也被指定成0x09，也就是说同样为USB_CLASS_HUB。你再去hub驱动对应的hub.c文件里看看那里的hub_id_table，是不是应该明白点什么了？ root hub里的那个接口所对应的驱动就是hub驱动，虽然它很特殊，可它也是个hub啊。root hub一边和host controller相生相依，一边和hub驱动眉来眼去花前月下，多么巨大的讽刺。

接下来要做的就是调用hub驱动里的hub_probe()。不管是root hub还是一般的hub，走到这一步都是必然的，不同的是对于root hub在host controller初始化的过程中就会去调用hub_probe()。hub_probe()通过hub_configure()创建并初始化了一个中断的urb，然后在hub_activate()里调用usb_submit_urb()将它提交给core，接着就又回到了HCD。

每个hub都需要进行中断传输来获得hub的状态变化，不然hub驱动里那个著名的hub_events就活不下去了，你连在hub上的usb设备系统也就察觉不到了，你也就不能用usb摄像头来泡mm了。我们都应该知道中断传输不会提交一次就完事儿了，需要在你的结束处理函数里提交再提交。中断传输都是有个间隔时间的，这个时间不由你决定，也不由我决定，咱们只能期待，决定权在host controller那里。host controller就决定了，对于root hub要每隔250ms去访问一次，你再看上面root hub的描述符，里面显示它期待的时间为0xff，也就是256ms，250与256也差不了多少，root hub也应该满意了。这个固定的访问频率host controller是怎么实现的？就是通过struct usb_hcd里的那个定时器rh_timer，定时器就是专门干这种事儿的，root hub每提交一次urb，在HCD里都会对它初始化一次，指定250ms之后去获得root hub的状态，然后就让urb返回给root hub，于是root hub再提交，再250ms后返回。

但是这种对root hub的轮询机制是早先版本里的，现在就不一样了。struct usb_hcd里出现了uses_new_polling，看名字就知道是一种新机制出现了。在新的机制里，root hub仍然是要提交一个中断urb的，不同的是这时它可以不用再请定时器来帮忙，在有设备插入时，host controller会在自己的中断处理函数里调用一个名叫usb_hcd_poll_rh_status的函数去获得root hub的状态并将urb的所有权归还给hub驱动。

那是不是就可以不需要定时器rh_timer了？事情没这么简单，原来的机制还必须得保留着，给不同的host controller选择使用。为了让新旧机制和谐的运作，usb_hcd_poll_rh_status多了一个职务，就是作为rh_timer的定时器函数，而且struct usb_hcd里除了uses_new_polling之外就又多了poll_rh等几个元素。如果uses_new_polling没有被设置，则一定会采用旧的轮询机制，如果uses_new_polling已经被设置了，但同时又设置了poll_rh，也是要采用旧机制，否则采用的就是新机制。

至于status_urb，其实就是root hub提交的那个urb。

root hub的生命线就还是说到这里吧，那么我们的usb_hcd结构体也分析完了。