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原文：https://blog.csdn.net/weiqing1981127/article/details/8215708 2.USB鼠标驱动 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。 static int __init usb_mouse_init(void) { int retval = usb_register(&usb_mouse_driver); if (retval == 0) printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_VERSION ":" DRIVER_DESC "\n"); return retval; } 模块加载部分仍然是调用usb_register注册USB驱动，我们跟踪看看被注册的usb_mouse_driver static struct usb_driver usb_mouse_driver = { .name = "usbmouse", //驱动名 .probe = usb_mouse_probe, //探测 .disconnect = usb_mouse_disconnect, .id_table = usb_mouse_id_table, //支持项 }; 关于设备支持项我们前面已经讨论过了 static struct usb_device_id usb_mouse_id_table [] = { {USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT, USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) }, { } }; 再细细看看USB_INTERFACE_INFO宏的定义 #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。 好了，我们主要看看usb_driver中定义的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; //设置 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 //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 maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe)); 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_buffer_alloc(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_driver的支持项拷贝给input input_dev->dev.parent = &intf->dev; //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_buffer_free(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 static int usb_mouse_open(struct input_dev *dev) { struct usb_mouse *mouse = input_get_drvdata(dev); //获取私有数据 mouse->irq->dev = mouse->usbdev; //获取urb指针 if (usb_submit_urb(mouse->irq, GFP_KERNEL)) //提交urb return -EIO; return 0; } 好了，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 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: //成功 break; case -ECONNRESET: //未连接 case -ENOENT: case -ESHUTDOWN: return; default: goto resubmit; //数据处理没成功，重新提交urb } input_report_key(dev, BTN_LEFT, data[0] & 0x01); //鼠标左键 input_report_key(dev, BTN_RIGHT, data[0] & 0x02); //鼠标右键 input_report_key(dev, BTN_MIDDLE, data[0] & 0x04); //鼠标中键 input_report_key(dev, BTN_SIDE, data[0] & 0x08); //鼠标SIDE input_report_key(dev, BTN_EXTRA, data[0] & 0x10); //鼠标EXTRA input_report_rel(dev, REL_X, data[1]); //鼠标的水平位移 input_report_rel(dev, REL_Y, data[2]); //鼠标的垂直位移 input_report_rel(dev, REL_WHEEL, data[3]); //鼠标的滚轮滚动值 input_sync(dev); resubmit: status = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); //再次提交urb，等待下次响应 if (status) err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d", 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。 最后我们再看看这个驱动的私有数据mouse的定义 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 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，尤其最后两个的使用区别和作用，前面也已经说过。 如果最终需要测试这个USB鼠标驱动，需要在内核中配置USB支持、对HID接口的支持、对OHCI HCD驱动的支持。另外，将驱动移植到开发板之后，由于采用的是input设备模型，所以还需要开发板带LCD屏才能测试。
3.USB键盘驱动usbkbd.c 跟USB鼠标类型，USB键盘也属于HID类型，代码在/dirver/hid/usbhid/usbkbd.c下。USB键盘除了提交中断URB外，还需要提交控制URB。不多话，我们看代码 static int __init usb_kbd_init(void) { int result = usb_register(&usb_kbd_driver); //注册USB驱动 if (result == 0) printk(KERN_INFO KBUILD_MODNAME ": " DRIVER_VERSION ":" DRIVER_DESC "\n"); return result; } static struct usb_driver usb_kbd_driver = { .name = "usbkbd", .probe = usb_kbd_probe, .discOnnect= usb_kbd_disconnect, .id_table = usb_kbd_id_table, }; 大家都懂，下面跟踪usb_driver中的probe static int usb_kbd_probe(struct usb_interface *iface, const struct usb_device_id *id) { struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(iface); //由接口获得设备 struct usb_host_interface *interface; //设置 struct usb_endpoint_descriptor *endpoint; //端点描述符 struct usb_kbd *kbd; //私有数据 struct input_dev *input_dev; //input设备 int i, pipe, maxp; int error = -ENOMEM; interface = iface->cur_altsetting; //获得设置 if (interface->desc.bNumEndpoints != 1) //只有一个端点 return -ENODEV; endpoint = &interface->endpoint[0].desc; //获取端点描述符 if (!usb_endpoint_is_int_in(endpoint)) //端点必须是中断输入端点 return -ENODEV; pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress); //建立中断输入端点 maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe)); //获取返回字节大小 kbd = kzalloc(sizeof(struct usb_kbd), GFP_KERNEL); //分配私有数据空间 input_dev = input_allocate_device(); //分配input设备空间 if (!kbd || !input_dev) goto fail1; if (usb_kbd_alloc_mem(dev, kbd)) //分配urb空间和其他缓冲空间 goto fail2; kbd->usbdev = dev; //给内嵌结构体赋值 kbd->dev = input_dev; //给内嵌结构体赋值 if (dev->manufacturer) strlcpy(kbd->name, dev->manufacturer, sizeof(kbd->name)); if (dev->product) { if (dev->manufacturer) strlcat(kbd->name, " ", sizeof(kbd->name)); strlcat(kbd->name, dev->product, sizeof(kbd->name)); } if (!strlen(kbd->name)) snprintf(kbd->name, sizeof(kbd->name), "USB HIDBP Keyboard %04x:%04x", le16_to_cpu(dev->descriptor.idVendor), le16_to_cpu(dev->descriptor.idProduct)); usb_make_path(dev, kbd->phys, sizeof(kbd->phys)); strlcpy(kbd->phys, "/input0", sizeof(kbd->phys)); input_dev->name = kbd->name; input_dev->phys = kbd->phys; usb_to_input_id(dev, &input_dev->id); //复制usb_driver的支持项给input的支持项 input_dev->dev.parent = &iface->dev; input_set_drvdata(input_dev, kbd); //将kbd设置为input的私有数据 input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_LED) | BIT_MASK(EV_REP); input_dev->ledbit[0] = BIT_MASK(LED_NUML) | BIT_MASK(LED_CAPSL) | BIT_MASK(LED_SCROLLL) | BIT_MASK(LED_COMPOSE) | BIT_MASK(LED_KANA); for (i = 0; i set_bit(usb_kbd_keycode[i], input_dev->keybit); clear_bit(0, input_dev->keybit); input_dev->event = usb_kbd_event; //定义event函数 input_dev->open = usb_kbd_open; input_dev->close = usb_kbd_close; usb_fill_int_urb(kbd->irq, dev, pipe,kbd->new, (maxp > 8 ? 8 : maxp), usb_kbd_irq, kbd, endpoint->bInterval); //填充中断urb kbd->irq->transfer_dma = kbd->new_dma; kbd->irq->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; //dma方式传输 kbd->cr->bRequestType = USB_TYPE_CLASS | USB_RECIP_INTERFACE; kbd->cr->bRequest = 0x09; //设置控制请求的格式 kbd->cr->wValue = cpu_to_le16(0x200); kbd->cr->wIndex = cpu_to_le16(interface->desc.bInterfaceNumber); kbd->cr->wLength = cpu_to_le16(1); usb_fill_control_urb(kbd->led, dev, usb_sndctrlpipe(dev, 0), (void *) kbd->cr, kbd->leds, 1, usb_kbd_led, kbd); //填充控制urb kbd->led->setup_dma = kbd->cr_dma; kbd->led->transfer_dma = kbd->leds_dma; kbd->led->transfer_flags |= (URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP | URB_NO_SETUP_DMA_MAP); //设置dma和setup_dma有效 error = input_register_device(kbd->dev); //注册input设备 if (error) goto fail2; usb_set_intfdata(iface, kbd); return 0; fail2: usb_kbd_free_mem(dev, kbd); fail1: input_free_device(input_dev); kfree(kbd); return error; } 在上面的probe中，我们主要是初始化一些结构体，然后提交中断urb和控制urb，并注册input设备。其中有几个地方需要细看下，其一，usb_kbd_alloc_mem的实现。其二，设置控制请求的格式。 先来看看usb_kbd_alloc_mem的实现 static int usb_kbd_alloc_mem(struct usb_device *dev, struct usb_kbd *kbd) { if (!(kbd->irq = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL))) //分配中断urb return -1; if (!(kbd->led = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL))) //分配控制urb return -1; if (!(kbd->new = usb_buffer_alloc(dev, 8, GFP_ATOMIC, &kbd->new_dma))) return -1; if (!(kbd->cr = usb_buffer_alloc(dev, sizeof(struct usb_ctrlrequest), GFP_ATOMIC, &kbd->cr_dma))) //分配控制urb使用的控制请求描述符 return -1; if (!(kbd->leds = usb_buffer_alloc(dev, 1, GFP_ATOMIC, &kbd->leds_dma))) return -1; //分配中断urb使用的缓冲区 return 0; } 这里我们需要明白中断urb和控制urb需要分配不同的urb结构体，同时在提交urb之前，需要填充的内容也不同，中断urb填充的是缓冲区和中断处理函数，控制urb填充的是控制请求描述符合回调函数。 好了，接着我们解决第二个问题，设置控制请求的格式。cr是struct usb_ctrlrequest结构的指针，USB协议中规定一个控制请求的格式为一个8个字节的数据包，其定义如下 struct usb_ctrlrequest { __u8 bRequestType; //设定传输方向、请求类型等 __u8 bRequest; //指定哪个请求，可以是规定的标准值也可以是厂家定义的值 __le16 wValue; //即将写到寄存器的数据 __le16 wIndex; //接口数量，也就是寄存器的偏移地址 __le16 wLength; //数据传输阶段传输多少个字节 } __attribute__ ((packed)); USB协议中规定，所有的USB设备都会响应主机的一些请求，这些请求来自USB主机控制器，主机控制器通过设备的默认控制管道发出这些请求。默认的管道为0号端口对应的那个管道。 同样这个input设备首先由用户层调用open函数，所以先看看input中定义的open static int usb_kbd_open(struct input_dev *dev) { struct usb_kbd *kbd = input_get_drvdata(dev); kbd->irq->dev = kbd->usbdev; if (usb_submit_urb(kbd->irq, GFP_KERNEL)) //提交中断urb return -EIO; return 0; } 因为这个驱动里面有一个中断urb一个控制urb，我们先看中断urb的处理流程。中断urb在input的open中被提交后，当USB核心处理完毕，会通知这个USB设备驱动，然后执行回调函数，也就是中断处理函数usb_kbd_irq static void usb_kbd_irq(struct urb *urb) { struct usb_kbd *kbd = urb->context; int i; switch (urb->status) { case 0: //成功 break; case -ECONNRESET: //未连接 case -ENOENT: case -ESHUTDOWN: return; default: goto resubmit; //出错就再次提交中断urb } for (i = 0; i input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1); for (i = 2; i if (kbd->old[i] > 3 && memscan(kbd->new + 2, kbd->old[i], 6) == kbd->new + 8) { if (usb_kbd_keycode[kbd->old[i]]) input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->old[i]], 0); else dev_info(&urb->dev->dev, "Unknown key (scancode %#x) released.\n", kbd->old[i]); } if (kbd->new[i] > 3 && memscan(kbd->old + 2, kbd->new[i], 6) == kbd->old + 8) { if (usb_kbd_keycode[kbd->new[i]]) input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->new[i]], 1); else dev_info(&urb->dev->dev, "Unknown key (scancode %#x) released.\n", kbd->new[i]); } } input_sync(kbd->dev); memcpy(kbd->old, kbd->new, 8); resubmit: i = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC); //再次提交中断urb if (i) err_hid ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d", kbd->usbdev->bus->bus_name, kbd->usbdev->devpath, i); } 这个就是中断urb的处理流程，跟前面讲的的USB鼠标中断处理流程类似。好了，我们再来看看剩下的控制urb处理流程吧。 我们有个疑问，我们知道在probe中，我们填充了中断urb和控制urb，但是在input的open中，我们只提交了中断urb，那么控制urb什么时候提交呢？ 我们知道对于input子系统，如果有事件被响应，我们会调用事件处理层的event函数，而该函数最终调用的是input下的event。所以，对于input设备，我们在USB键盘驱动中只设置了支持LED选项，也就是ledbit项，这是怎么回事呢？刚才我们分析的那个中断urb其实跟这个input基本没啥关系，中断urb并不是像讲键盘input实现的那样属于input下的中断。我们在USB键盘驱动中的input子系统中只设计了LED选项，那么当input子系统有按键选项的时候必然会使得内核调用调用事件处理层的event函数，最终调用input下的event。好了，那我们来看看input下的event干了些什么。 static int usb_kbd_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value) { struct usb_kbd *kbd = input_get_drvdata(dev); if (type != EV_LED) //不是LED事件就返回 return -1; //将当前的LED值保存在kbd->newleds中 kbd->newleds = (!!test_bit(LED_KANA, dev->led) led) led) led) led)); if (kbd->led->status == -EINPROGRESS) return 0; if (*(kbd->leds) == kbd->newleds) return 0; *(kbd->leds) = kbd->newleds; kbd->led->dev = kbd->usbdev; if (usb_submit_urb(kbd->led, GFP_ATOMIC)) //提交控制urb err_hid("usb_submit_urb(leds) failed"); return 0; } 当在input的event里提交了控制urb后，经过URB处理流程，最后返回给USB设备驱动的回调函数，也就是在probe中定义的usb_kbd_led static void usb_kbd_led(struct urb *urb) { struct usb_kbd *kbd = urb->context; if (urb->status) //提交失败显示 dev_warn(&urb->dev->dev, "led urb status %d received\n", urb->status); //比较kbd->leds和kbd->newleds，如果发生变化，则更新kbd->leds if (*(kbd->leds) == kbd->newleds) return; *(kbd->leds) = kbd->newleds; kbd->led->dev = kbd->usbdev; if (usb_submit_urb(kbd->led, GFP_ATOMIC)) //再次提交控制urb err_hid("usb_submit_urb(leds) failed"); } 总结下，我们的控制urb走的是先由input的event提交，触发后由控制urb的回调函数再次提交。好了，通过USB鼠标，我们已经知道了控制urb和中断urb的设计和处理流程
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