USB驅(qū)動分為兩塊，一塊是USB的bus驅(qū)動，這個東西，Linux內(nèi)核已經(jīng)做好了，我們可以不管，我們只需要了解它的功能。形象的說，USB的bus驅(qū)動相當(dāng)于鋪出一條路來，讓所有的信息都可以通過這條USB通道到達(dá)該到的地方，這部分工作由usb_core(drivers/usb/usb.c)來完成。當(dāng)USB設(shè)備接到USB控制器接口時，usb_core就檢測該設(shè)備的一些信息，如生產(chǎn)廠商的ID(VID)和產(chǎn)品的ID(PID)，或者是設(shè)備所屬的class、subclass跟protocol，以便確定應(yīng)該調(diào)用哪一個驅(qū)動處理該設(shè)備。里面復(fù)雜細(xì)節(jié)我們不用管，我們要做的是另一塊工作——usb的設(shè)備驅(qū)動。也就是說，我們就等著usb_core告訴我們要工作了，我們才工作。

OHCI（Open?Host?Controller?Interface）是支持USB1.1的標(biāo)準(zhǔn)，但它不僅僅是針對USB，還支持其他的一些接口，比如它還支持Apple的火線（Firewire，IEEE?1394）接口。與UHCI相比，OHCI的硬件復(fù)雜，硬件做的事情更多，所以實現(xiàn)對應(yīng)的軟件驅(qū)動的任務(wù)，就相對較簡單。主要用于非x86的USB，如擴展卡、嵌入式開發(fā)板的USB主控。本文也是基于OHCI來介紹usb設(shè)備驅(qū)動的。

USB從設(shè)備的分類可以從USB設(shè)備接口描述符（Standard?Interface???Descriptor）對應(yīng)的的bInterfaceClass這一個byte得到。bInterfaceClass的典型代碼為1，2，3，6，7，8，9，10，11，255。分別代表的意思為

1－audio：表示一個音頻設(shè)備。
2－communication??device：通訊設(shè)備，如電話，moden等等。
3－HID：人機交互設(shè)備，如鍵盤，鼠標(biāo)等。
6－image圖象設(shè)備，如掃描儀，攝像頭等，有時數(shù)碼相機也可歸到這一類。
7－打印機類。如單向，雙向打印機等。
8－mass?storage海量存儲類。所有帶有一定存儲功能的都可以歸到這一類。
9－h(huán)ub類。
11－chip?card/smart?card。
255－vendor?specific.廠家的自定義類，主要用于一些特殊的設(shè)備。如接口轉(zhuǎn)接卡等。

USB?4種傳輸方式

針對設(shè)備對系統(tǒng)資源需求的不同，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種數(shù)據(jù)傳輸方式：

（1）等時傳輸。該方式用來連接需要連續(xù)傳輸，且對數(shù)據(jù)的正確性要求不高而對時間極為敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、音響及電話等。等時傳輸方式以固定的傳輸速率，連續(xù)不斷地在主機與USB設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤是，USB并不處理這些錯誤，而是繼續(xù)傳送信的數(shù)據(jù)。

（2）中斷傳輸。改方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，但這些數(shù)據(jù)需要及時處理，以達(dá)到實時效果，以此方式主要用在鍵盤、鼠標(biāo)以及游戲手柄等外部設(shè)備上。

（3）控制傳輸。改方式用來處理主機的USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。包括設(shè)備控制指令、設(shè)備狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令。當(dāng)USB設(shè)備收到這些數(shù)據(jù)和命令后，將依據(jù)先進(jìn)先出的原則按隊列方式處理到達(dá)的數(shù)據(jù)。

（4）批量傳輸、該方式用來傳輸要求正確無誤的數(shù)據(jù)。通常打印機、掃描儀和數(shù)碼相機以這種方式與主機連接。

在這4種數(shù)據(jù)傳輸方式中，除等時傳輸方式外，其他3種方式在數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯誤是，都會試圖重行發(fā)送數(shù)據(jù)以保證其正確性。

3.USB枚舉

枚舉就是從設(shè)備讀取一些信息，知道設(shè)備是什么樣的設(shè)備，如何進(jìn)行通信，這樣主機就可以根據(jù)這些信息來加載合適的驅(qū)動程序。調(diào)試USB設(shè)備，很重要的一點就是USB的枚舉過程，只要枚舉成功了，那么就已經(jīng)成功大半了。

3.1?USB枚舉過程概述

USB主機檢測到USB設(shè)備插入后，就會先對設(shè)備復(fù)位。設(shè)備復(fù)位后，USB主機就會對地址為0的設(shè)備發(fā)送獲取設(shè)備描述符的標(biāo)準(zhǔn)請求。所有的USB設(shè)備在總線復(fù)位后其他地址都為0，這樣主機可以跟那些剛剛插入的設(shè)備通過地址0通信。主機在建立階段發(fā)出獲取設(shè)備描述符的輸入請求，設(shè)備受到請求后，將設(shè)備描述符返回給主機。主機在成功獲取到一個數(shù)據(jù)包的設(shè)備描述符后并且確認(rèn)沒有錯誤后（有些usb設(shè)備的斷點0大小不足18字節(jié)，但至少有8字節(jié)，而標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備描述符有18個字節(jié)，在這種情況下，USB設(shè)備只能暫時按最大包將部分設(shè)備描述符返回，而主機在成功獲取到前面一部分描述符后，就不會在請求剩下的設(shè)備描述符部分，而是進(jìn)入設(shè)置地址階段），就會返回一個0長度的狀態(tài)數(shù)據(jù)包給設(shè)備。

然后主機再對設(shè)備復(fù)位一下，接下來就會靜茹到設(shè)置地址階段。這時USB主機發(fā)出一個設(shè)置地址的請求（建立過程，設(shè)置地址無數(shù)據(jù)過程），地址包含在建立包過程，具體的地址USB主機會負(fù)責(zé)管理，它會分配一個唯一的地址給新的設(shè)備。USB設(shè)備在收到地址后，返回0長度的狀態(tài)包，主機收到0長度的狀態(tài)包后，會返回一個ACK給設(shè)備。設(shè)備在收到這個ACK后，就可以啟用這個新地址了。這樣設(shè)備就分配到了一個唯一的設(shè)備地址，以后主機就通過它來訪問該設(shè)備。

然后主機再次獲取設(shè)備描述符，這次跟第一次可能有點不一樣，這次需要獲取全部的18個字節(jié)的設(shè)備描述符。當(dāng)然，若果你的端點0緩沖大小大于18個自己的話，那就跟第一次的情形一樣了。

接下來，主機會獲取配置描述符。配置描述符總共為9個字節(jié)。主機在獲得到配置描述符后，根據(jù)里面的配置集合總長度，再獲得配置集合。配置集合包括配置描述符，接口描述符，端點描述符等。

如果有字符串描述符的話，還要獲取字符串描述符。另外HID設(shè)備還有HID描述符等。

USB設(shè)備枚舉過程主要可分為8個部分：

1、獲取設(shè)備描述符

2、復(fù)位

3、設(shè)置地址

4、再次獲取設(shè)備描述符

5、獲取配置描述符

6、獲取接口、端點描述符

7、獲取字符串描述符

8、選擇設(shè)備配置

（附3是HP1108打印機插到pc上時通過Bus Hound抓到的枚舉過程，可以以作為一個很好的學(xué)習(xí)例子。）

3.2?USB枚舉過程詳解

USB協(xié)議定義了設(shè)備的6種狀態(tài)，僅在枚舉過程中，設(shè)備就經(jīng)歷了4個狀態(tài)的遷移：上電狀態(tài)(Powered)，默認(rèn)狀態(tài)(Default)，地址狀態(tài)(Address)和配置狀態(tài)(Configured)（其他兩種是連接狀態(tài)和掛起狀態(tài)（Suspend））。

(1)用戶把USB設(shè)備插入USB端口或系統(tǒng)啟動時給設(shè)備上電

這里的USB端口指的是主機下的根hub或主機下行端口上的hub端口。Hub給端口供電(hub.c:usb_hub_power_on()),連接著的設(shè)備處于上電狀態(tài)。此時，USB設(shè)備處于加電狀態(tài)，它所連接的端口是無效的。

(2)?Hub監(jiān)測它各個端口數(shù)據(jù)線上(D+/D-)的電壓

在hub端，數(shù)據(jù)線D+和D-都有一個阻值在14.25k到24.8k的下拉電阻Rpd，而在設(shè)備端，D+（全速，高速）和D-（低速）上有一個1.5k的上拉電阻Rpu。當(dāng)設(shè)備插入到hub端口時，有上拉電阻的一根數(shù)據(jù)線被拉高到幅值的90%的電壓（大致是3V）。hub檢測到它的一根數(shù)據(jù)線是高電平，就認(rèn)為是有設(shè)備插入，并能根據(jù)是D+還是D-被拉高來判斷到底是什么設(shè)備（全速/低速）插入端口。檢測到設(shè)備后，hub繼續(xù)給設(shè)備供電，但并不急于與設(shè)備進(jìn)行USB傳輸。

USB接口定義如下圖所示：

(3)Host了解連接的設(shè)備

每個hub利用它自己的中斷端點向主機報告它的各個端口的狀態(tài)（hub.c:usb_hub_events()），報告的內(nèi)容只是hub端口的設(shè)備連接／斷開的事件。如果有連接／斷開事件發(fā)生(hub.c:usb_hub_port_connect_change())，那么host會發(fā)送一個?usb_hub_port_status請求給hub以了解此次狀態(tài)改變的確切含義。usb_hub_port_status等請求屬于所有hub都要求支持的hub類標(biāo)準(zhǔn)請求（standard?hub-class?requests）。

(4)?Hub檢測所插入的設(shè)備是高速還是低速設(shè)備

hub通過檢測USB總線空閑(Idle)時差分線的高低電壓來判斷所連接設(shè)備的速度類型，當(dāng)host發(fā)來usb_hub_port_status請求時，hub就可以將此設(shè)備的速度類型信息回復(fù)給host。

(5)?hub復(fù)位設(shè)備

主機一旦得知新設(shè)備已連上以后，它至少等待100ms以使得插入操作的完成以及設(shè)備電源穩(wěn)定工作。然后主機控制器就向hub發(fā)出一個?usb_set_port_feature請求讓hub復(fù)位其管理的端口(剛才設(shè)備插上的端口)。hub通過驅(qū)動數(shù)據(jù)線到復(fù)位狀態(tài)(D+和D-全為低電平?)，并持續(xù)至少10ms。當(dāng)然，hub不會把這樣的復(fù)位信號發(fā)送給其他已有設(shè)備連接的端口，所以其他連在該hub上的設(shè)備自然看不到復(fù)位信號，不受影響。

(6)?Host檢測所連接的全速設(shè)備是否是支持高速模式

對于USB1.1協(xié)議，host不進(jìn)行高速檢測，設(shè)備將一直以全速工作。如果是USB?2.0協(xié)議，高速（High?Speed）設(shè)備在初始時是默認(rèn)全速（Full?Speed?）狀態(tài)運行，所以對于一個支持USB?2.0的高速hub，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)它的端口連接的是一個全速設(shè)備時，會進(jìn)行高速檢測，看看目前這個設(shè)備是否還支持高速傳輸，如果是，那就切到高速信號模式，否則就一直在全速狀態(tài)下工作。
????同樣的，從設(shè)備的角度來看，如果是一個高速設(shè)備，在剛連接bub或上電時只能用全速信號模式運行（根據(jù)USB?2.0協(xié)議，高速設(shè)備必須向下兼容USB?1.1的全速模式）。隨后hub會進(jìn)行高速檢測，之后這個設(shè)備才會切換到高速模式下工作。

(7)?Hub建立設(shè)備和主機之間的信息通道

主機通過usb_hub_port_wait_reset不停地向hub發(fā)送usb_hub_port_status請求，以查詢設(shè)備是否復(fù)位成功。Hub返回的報告信息中有專門的一位用來標(biāo)志設(shè)備的復(fù)位狀態(tài)。
????當(dāng)hub撤銷了復(fù)位信號，設(shè)備就處于默認(rèn)／空閑狀態(tài)（Default?state），準(zhǔn)備接收主機發(fā)來的請求。設(shè)備和主機之間的通信通過控制傳輸，默認(rèn)地址0，端點號0進(jìn)行。此時，設(shè)備能從總線上得到的最大電流是100mA。(所有的USB設(shè)備在總線復(fù)位后其地址都為0，這樣主機就可以跟那些剛剛插入的設(shè)備通過地址0通信。)

(8)?主機發(fā)送usb_get_device_descriptor請求獲取默認(rèn)管道的最大包長度

默認(rèn)管道（Default?Pipe）在設(shè)備一端來看就是端點0。主機此時發(fā)送的請求是默認(rèn)地址0，端點0，雖然所有未分配地址的設(shè)備都是通過地址0來獲取主機發(fā)來的請求，但由于枚舉過程不是多個設(shè)備并行處理，而是一次枚舉一個設(shè)備的方式進(jìn)行，所以不會發(fā)生多個設(shè)備同時響應(yīng)主機發(fā)來的請求。
? 設(shè)備描述符(附1）的第8字節(jié)（bMaxPacketSize）代表設(shè)備端點0的最大包大小。雖然說設(shè)備所返回的設(shè)備描述符（Device?Descriptor）長度只有18字節(jié)，但系統(tǒng)也不在乎，此時，描述符的長度信息對它來說是最重要的。當(dāng)完成第一次的控制傳輸后，也就是完成控制傳輸?shù)臓顟B(tài)階段，系統(tǒng)會要求hub對設(shè)備進(jìn)行再一次的復(fù)位操作（USB規(guī)范里面可沒這要求）。再次復(fù)位的目的是使設(shè)備進(jìn)入一個確定的狀態(tài)。

(9)?主機給設(shè)備分配一個地址

主機控制器通過usb_set_address請求向設(shè)備分配一個唯一的地址。在完成這次傳輸之后，設(shè)備進(jìn)入地址狀態(tài)（Address?state），之后就啟用新地址繼續(xù)與主機通信。這個地址對于設(shè)備來說是終生制的，設(shè)備在，地址在；設(shè)備消失（被拔出，復(fù)位，系統(tǒng)重啟），地址被收回。同一個設(shè)備當(dāng)再次被枚舉后得到的地址不一定是上次那個了。

(10)?主機獲取設(shè)備的信息

主機發(fā)送?usb_get_device_descriptor請求到新地址讀取設(shè)備描述符，這次主機發(fā)送usb_get_device_descriptor會認(rèn)真解析設(shè)備描述符的內(nèi)容。設(shè)備描述符內(nèi)信息包括端點0的最大包長度，設(shè)備所支持的配置（Configuration）個數(shù)，設(shè)備類型，VID（Vendor?ID，由USB-IF分配），?PID（（Product?ID，由廠商自己定制）等信息。Get_Descriptor請求(Device?type)和設(shè)備描述符（已抹去VID，PID等信息）

之后主機發(fā)送usb_get_configuration請求，讀取配置描述符（附2），字符串等，逐一了解設(shè)備更詳細(xì)的信息。事實上，對于配置描述符的標(biāo)準(zhǔn)請求中，有時bLength（附2）一項會大于實際配置描述符的長度（9字節(jié)），比如255。這樣的效果便是：主機發(fā)送了一個usb_get_configuration?的請求，設(shè)備會把接口描述符，端點描述符等后續(xù)描述符一并回給主機，主機則根據(jù)描述符頭部的標(biāo)志判斷送上來的具體是何種描述符。
????接下來，主機就會獲取配置描述符。配置描述符總共為9字節(jié)。主機在獲取到配置描述符后，根據(jù)里面的配置集合總長度，再獲取配置集合。配置集合包括配置描述符，接口描述符，端點描符等等。
????如果有字符串描述符的話，還要獲取字符串描述符。另外HID設(shè)備還有HID描述符等。

(11)??主機給設(shè)備掛載驅(qū)動

主機通過解析描述符后對設(shè)備有了足夠的了解，會通過usb_find_drivers選擇一個最合適的驅(qū)動給設(shè)備。然后tell?the?world（announce_device）說明設(shè)備已經(jīng)找到了，最后調(diào)用設(shè)備模型提供的接口usbdevfs_add_device將設(shè)備添加到?usb?總線的設(shè)備列表里，然后?usb總線會遍歷驅(qū)動列表usb_driver_list里的每個驅(qū)動，調(diào)用自己的?usb_match_id?函數(shù)看它們和當(dāng)前連接的設(shè)備或接口是否匹配，匹配的話就將控制權(quán)交到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動了。???

對于復(fù)合設(shè)備，通常應(yīng)該是不同的接口（Interface）配置給不同的驅(qū)動，因此，需要等到當(dāng)設(shè)備被配置并把接口使能后才可以把驅(qū)動掛載上去。

（12）?設(shè)備驅(qū)動選擇一個配置

驅(qū)動（注意，這里是驅(qū)動，之后的事情都是由驅(qū)動來接管負(fù)責(zé)與設(shè)備的通信）根據(jù)前面設(shè)備回復(fù)的信息，發(fā)送usb_set_configuration請求來正式確定選擇設(shè)備的哪個配置（Configuration）作為工作配置（對于大多數(shù)設(shè)備來說，一般只有一個配置被定義）。至此，設(shè)備處于配置狀態(tài)(Configured)，當(dāng)然，設(shè)備也應(yīng)該使能它的各個接口（Interface）。
????對于復(fù)合設(shè)備，主機會在這個時候根據(jù)設(shè)備接口信息，給它們掛載驅(qū)動。至此，USB枚舉過程結(jié)束，設(shè)備可以正常使用了。

附1??設(shè)備描述符結(jié)構(gòu)體

//設(shè)備描述符
struct?usb_device_descriptor?{
????__u8??bLength;//端點描述符長度，單位為Byte
????__u8??bDescriptorType;//描述符的類型

????__le16?bcdUSB;//以bcd碼，標(biāo)出的usb的版本號
????__u8??bDeviceClass;//該設(shè)備所屬的類
????__u8??bDeviceSubClass;//該設(shè)備所屬的子類
????__u8??bDeviceProtocol;//該設(shè)備所用的協(xié)議
????__u8??bMaxPacketSize0;//端點0的最大包大小
????__le16?idVendor;//廠商id
????__le16?idProduct;//產(chǎn)品id
????__le16?bcdDevice;//設(shè)備版本號
????__u8??iManufacturer;//制造商描述符串索引
????__u8??iProduct;//產(chǎn)品描述符串索引
????__u8??iSerialNumber;//usb串號串索引
????__u8??bNumConfigurations;//該設(shè)備所擁有的配置個數(shù)
}?__attribute__?((packed));

附2??配置描述符結(jié)構(gòu)體
struct?usb_config_descriptor?{
????__u8??bLength;//端點描述符長度，單位為Byte
????__u8??bDescriptorType;//描述符的類型

????__le16?wTotalLength;//配置描述符的總長度
????__u8??bNumInterfaces;//該配置下的接口個數(shù)
????__u8??bConfigurationValue;//該配置的索引
????__u8??iConfiguration;//配置描述符串索引
????__u8??bmAttributes;
????__u8??bMaxPower;//該配置所能供應(yīng)的最大電流，以2mA為單位
}?__attribute__?((packed));

附3? BUS HOUND 抓usb打印機HP1108的枚舉過程

Bus Hound 5.04capture on Windows XP Service Pack 3. Complements of?www.perisoft.net

Device -Device ID (followed by the endpoint for USB devices)
??????????? (19)Prolific USB-to-Serial Comm Port (COM2)
??????????? (21) USBComposite Device
??????????? (22) HPSmart Install [ROM=1.0 ]
??????????? (23) USBPrinting Support
??????????? (24) P1100USB EWS Device Driver
??????????? (25) HPLaserJet Professional P1108
? Phase? - Phase Type
???????????CMD?? SCSI/ATAPIcommand???????? RESET bus reset
???????????CTL?? USB control transfer?????? SENSESCSI sense data
???????????IN??? Data intransfer?????????? USTS?USB status
???????????OUT?? Data outtransfer?????????ok??? command complete
? Data?? - Hex dump of the data transferred
? Descr? - Description of the phase
? Cmd... - Position in the captured data

Device? Phase? Data???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????Description?????? Cmd.Phase.Ofs(rep)
------? -----?------------------------------------------------------------------------------------------------------?----------------? ------------------
? 21.0? CTL??? 80 06 00 03? 00 00 ff00???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR??????????1.1.0(2)?????
? 21.0? IN???? 04 03 0904????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????....????????????????????1.2.0????????
? 21.0? CTL??? 80 06 02 03? 09 04 ff00???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR??????????2.1.0(2)?????
? 21.0? IN???? 3e 03 48 00? 50 00 2000? 4c 00 61 00? 73 00 65 00? 72 00 4a 00? 65 00 7400? 20 00 50 00? 72 00 6f 00? >.H.P..L.a.s.e.???????? 2.2.0????????
??????????????66 00 65 00? 73 00 73 00? 69 00 6f 00? 6e 00 61 00? 6c 0020 00? 50 00 31 00? 31 00 30 00? 3800???????f.e.s.s.i.o.n.a.????????2.2.32???????
? 21.0? CTL??? 80 06 00 01? 00 00 1200???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR??????????5.1.0????????
? 21.0? IN???? 12 01 00 02? 00 00 0040? f0 03 2a 00? 00 01 01 02? 0301??????????????????????????????????????????????.......@..*.....????????5.2.0????????
? 21.0? CTL??? 80 06 00 02? 00 00 0900???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR?????????? 6.1.0????????
? 21.0? IN???? 09 02 20 00? 01 01 00c0?31???????????????????????????????????????????????????????????????????????????.......1???????????????6.2.0????????
? 21.0? CTL??? 80 06 00 02? 00 00 2000???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR??????????7.1.0????????
? 21.0? IN???? 09 02 20 00? 01 01 00c0? 31 09 04 00? 00 02 08 06? 50 05 07 05? 04 02 0002? 00 07 05 84? 02 00 02 00? .......1.......???????? 7.2.0????????
? 21.0? CTL??? 80 06 00 03? 00 00 0200???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR??????????8.1.0????????
? 21.0? IN???? 0403??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????..??????????????????????8.2.0????????
? 21.0? CTL??? 80 06 00 03? 00 00 0400???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR??????????9.1.0????????
? 21.0? IN???? 04 03 0904????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????....????????????????????9.2.0????????
? 21.0? CTL??? 80 06 03 03? 09 04 0200???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR?????????10.1.0????????
? 21.0? IN???? 2a03??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????*.?????????????????????10.2.0????????
? 21.0? CTL??? 80 06 03 03? 09 04 2a00???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????GET DESCRIPTOR?????????11.1.0????????
? 21.0? IN???? 2a 03 30 00? 30 00 3000? 30 00 30 00? 30 00 30 00? 30 00 30 00? 51 00 3800? 37 00 57 00? 42 00 50 00?*.0.0.0.0.0.0.0.??????? 11.2.0????????
??????????????52 00 53 00? 49 00 31 00? 6300????????????????????????????????????????????????????????????????????????R.S.I.1.c.?????????????11.2.32???????
? 21.0? CTL??? 00 09 01 00? 00 00 0000???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SETCONFIG?????????????12.1.0????????
? 21.0? CTL??? 01 0b 00 00? 00 00 0000???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SET INTERFACE??????????13.1.0????????
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