USB設備驅動程序學習筆記（一）

現象：把USB設備接到PC
1. 右下角彈出"發現android phone"
2. 跳出一個對話框，提示你安裝驅動程序

問1. 既然還沒有"驅動程序"，為何能知道是"android phone"
答1. windows里已經有了USB的總線驅動程序，接入USB設備后，是"總線驅動程序"知道你是"android phone"
     提示你安裝的是"設備驅動程序"
     
     USB總線驅動程序負責：識別USB設備, 給USB設備找到對應的驅動程序

問2. USB設備種類非常多，為什么一接入電腦，就能識別出來？
答2. PC和USB設備都得遵守一些規范。
     比如：USB設備接入電腦后，PC機會發出"你是什么"？
           USB設備就必須回答"我是xxx", 並且回答的語言必須是中文
     USB總線驅動程序會發出某些命令想獲取設備信息(描述符)，
     USB設備必須返回"描述符"給PC
     
問3. PC機上接有非常多的USB設備，怎么分辨它們？
     USB接口只有4條線: 5V,GND,D-,D+
答3. 每一個USB設備接入PC時，USB總線驅動程序都會給它分配一個編號
     接在USB總線上的每一個USB設備都有自己的編號(地址)
     PC機想訪問某個USB設備時，發出的命令都含有對應的編號(地址)

問4. USB設備剛接入PC時，還沒有編號；那么PC怎么把"分配的編號"告訴它？
答4. 新接入的USB設備的默認編號是0，在未分配新編號前，PC使用0編號和它通信。

問5. 為什么一接入USB設備，PC機就能發現它？
答5. PC的USB口內部，D-和D+接有15K的下拉電阻，未接USB設備時為低電平
     USB設備的USB口內部，D-或D+接有1.5K的上拉電阻；它一接入PC，就會把PC USB口的D-或D+拉高，從硬件的角度通知PC有新設備接入

其他概念:
1. USB是主從結構的
   所有的USB傳輸，都是從USB主機這方發起；USB設備沒有"主動"通知USB主機的能力。
   例子：USB鼠標滑動一下立刻產生數據，但是它沒有能力通知PC機來讀數據，只能被動地等得PC機來讀。

2. USB的傳輸類型:
a. 控制傳輸：可靠，時間有保證，比如：USB設備的識別過程
b. 批量傳輸: 可靠, 時間沒有保證, 比如：U盤
c. 中斷傳輸：可靠，實時，比如：USB鼠標
d. 實時傳輸：不可靠，實時，比如：USB攝像頭

3. USB傳輸的對象：端點(endpoint)
   我們說"讀U盤"、"寫U盤"，可以細化為：把數據寫到U盤的端點1，從U盤的端點2里讀出數據
   除了端點0外，每一個端點只支持一個方向的數據傳輸
   端點0用於控制傳輸，既能輸出也能輸入
   
4. 每一個端點都有傳輸類型，傳輸方向

5. 術語里、程序里說的輸入(IN)、輸出(OUT) "都是" 基於USB主機的立場說的。
   比如鼠標的數據是從鼠標傳到PC機, 對應的端點稱為"輸入端點"
     
6. USB總線驅動程序的作用
a. 識別USB設備
b. 查找並安裝對應的設備驅動程序
c. 提供USB讀寫函數


USB驅動程序框架:

app:   
-------------------------------------------
          USB設備驅動程序      // 知道數據含義
內核 --------------------------------------
          USB總線驅動程序      // 1. 識別, 2. 找到匹配的設備驅動, 3. 提供USB讀寫函數 (它不知道數據含義)
-------------------------------------------
           USB主機控制器
           UHCI OHCI EHCI
硬件        -----------
              USB設備

UHCI: intel,     低速(1.5Mbps)/全速(12Mbps)
OHCI: microsoft  低速/全速
EHCI:            高速(480Mbps)



USB總線驅動程序的作用
1. 識別USB設備
1.1 分配地址
1.2 並告訴USB設備(set address)
1.3 發出命令獲取描述符
描述符的信息可以在include\linux\usb\Ch9.h看到


2. 查找並安裝對應的設備驅動程序

3. 提供USB讀寫函數

把USB設備接到開發板上，看輸出信息:
usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 2
usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice
scsi0 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices
scsi 0:0:0:0: Direct-Access     HTC      Android Phone    0100 PQ: 0 ANSI: 2
sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
拔掉
usb 1-1: USB disconnect, address 2

再接上:
usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 3
usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice
scsi1 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices
scsi 1:0:0:0: Direct-Access     HTC      Android Phone    0100 PQ: 0 ANSI: 2
sd 1:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk

在內核目錄下搜:
grep "USB device using" * -nR
drivers/usb/core/hub.c:2186:              "%s %s speed %sUSB device using %s and address %d\n",

hub_irq
    kick_khubd
        hub_thread
            hub_events
                hub_port_connect_change
                
                    udev = usb_alloc_dev(hdev, hdev->bus, port1);
                                dev->dev.bus = &usb_bus_type;
                
                    choose_address(udev); // 給新設備分配編號(地址)
                    
                    
                    hub_port_init   // usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 3
                        
                        hub_set_address  // 把編號(地址)告訴USB設備
                        
                        usb_get_device_descriptor(udev, 8); // 獲取設備描述符
                        retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);
                        
                        usb_new_device(udev)   
                            err = usb_get_configuration(udev); // 把所有的描述符都讀出來，並解析
                            usb_parse_configuration
                            
                            device_add  // 把device放入usb_bus_type的dev鏈表,
                                        // 從usb_bus_type的driver鏈表里取出usb_driver，
                                        // 把usb_interface和usb_driver的id_table比較
                                        // 如果能匹配，調用usb_driver的probe
                            
<LINUX內核源代碼情景分析>

怎么寫USB設備驅動程序？
1. 分配/設置usb_driver結構體
        .id_table
        .probe
        .disconnect
2. 注冊

測試1th/2th:
1. make menuconfig去掉原來的USB鼠標驅動
-> Device Drivers
  -> HID Devices
  <> USB Human Interface Device (full HID) support

2. make uImage 並使用新的內核啟動

3. insmod usbmouse_as_key.ko
4. 在開發板上接入、拔出USB鼠標


測試3th:
1. insmod usbmouse_as_key.ko
2. ls /dev/event*
3. 接上USB鼠標
4. ls /dev/event*
5. 操作鼠標觀察數據

測試4th:
1. insmod usbmouse_as_key.ko
2. ls /dev/event*
3. 接上USB鼠標
4. ls /dev/event*
5. cat /dev/tty1    然后按鼠標鍵
6. hexdump /dev/event0