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文档简介
1、一、Linux USB Gadget Driver功能 为了与主机端驱动设备的USB Device Driver概念进行区别,将在外围器件中运行的驱动程序称为USB Gadget Driver。其中,Host端驱动设备的驱动程序是master或者client driver,设备端gadget driver是slave或者function driver。 Gadget Driver和USB Host端驱动程序类似,都是使用请求队列来对I/O包进行缓冲,这些
2、请求可以被提交和取消。它们的结构、消息和常量的定义也和USB技术规范第九章的内容一致。同时也是通过bind和unbind将driver与device建立关系。二、Linux USB Gadget Driver核心数据结构1 USB_Gadget对象struct usb_gadget /* readonly to gadget driver */const struct usb_gadget_ops *ops; /Gadget设备操作函数集struct usb_ep *ep0; /控制端点,只对setup包响应struct list_head ep_list;/将设备的所有端点连成链表,ep0不
3、在其中enum usb_device_speed speed;/高速、全速和低速unsigned is_dualspeed:1; /是否同时支持高速和全速unsigned is_otg:1; /是否支持OTG(On-To-Go)unsigned is_a_peripheral:1;unsigned b_hnp_enable:1;unsigned a_hnp_support:1;unsigned a_alt_hnp_support:1;const char *name; /器件名称struct device dev; /内核设备模型使用;2 Gadget器件操作函数集操作UDC硬件的API,但操
4、作端点的函数由端点操作函数集完成struct usb_gadget_ops int (*get_frame)(struct usb_gadget *);int (*wakeup)(struct usb_gadget *);int (*set_selfpowered) (struct usb_gadget *, int is_selfpowered);int (*vbus_session) (struct usb_gadget *, int is_active);int (*vbus_draw) (struct usb_gadget *, unsigned mA);int (*pullup) (
5、struct usb_gadget *, int is_on);int (*ioctl)(struct usb_gadget *, unsigned code, unsigned long param);3 USB Gadget driver对象struct usb_gadget_driver char *function; /驱动名称enum usb_device_speed speed; /USB设备速度类型int (*bind)(struct usb_gadget *); /将驱动和设备绑定,一般在驱动注册时调用void (*unbind)(struct usb_gadget *);/卸
6、载驱动时调用,rmmod时调用int (*setup)(struct usb_gadget *, const struct usb_ctrlrequest *); /处理ep0的控制请求,在中断中调用,不能睡眠void (*disconnect)(struct usb_gadget *); /可能在中断中调用不能睡眠void (*suspend)(struct usb_gadget *); /电源管理模式相关,设备挂起void (*resume)(struct usb_gadget *);/电源管理模式相关,设备恢复/* FIXME support safe rmmod */struct de
7、vice_driver driver; /内核设备管理使用;4 描述一个I/O请求struct usb_request void *buf; /数据缓存区unsigned length; /数据长度dma_addr_t dma; /与buf关联的DMA地址,DMA传输时使用unsigned no_interrupt:1;/当为true时,表示没有完成函数,则通过中断通知传输完成,这个由DMA控制器直接控制unsigned zero:1; /当输出的最后一个数据包不够长度是是否填充0unsigned short_not_ok:1; /当接收的数据不够指定长度时,是否报错void (*comple
8、te)(struct usb_ep *ep, struct usb_request *req);/请求完成函数void *context;/被completion回调函数使用struct list_head list; /被Gadget Driver使用,插入队列int status;/返回完成结果,0表示成功unsigned actual;/实际传输的数据长度;5 端点struct usb_ep void *driver_data; /端点私有数据const char *name; /端点名称const struct usb_ep_ops *ops; /端点操作函数集struct
9、 list_head ep_list; /Gadget设备建立所有端点的链表unsigned maxpacket:16;/这个端点使用的最大包长度;6 端点操作函数集struct usb_ep_ops int (*enable) (struct usb_ep *ep, const struct usb_endpoint_descriptor *desc);int (*disable) (struct usb_ep *ep);struct usb_request *(*alloc_request) (struct usb_ep *ep, gfp_t gfp_flags);void (
10、*free_request) (struct usb_ep *ep, struct usb_request *req);int (*queue) (struct usb_ep *ep, struct usb_request *req, gfp_t gfp_flags);int (*dequeue) (struct usb_ep *ep, struct usb_request *req);int (*set_halt) (struct usb_ep *ep, int value);int (*set_wedge) (struct usb_ep *ep);int (*fifo_status) (s
11、truct usb_ep *ep);void (*fifo_flush) (struct usb_ep *ep);7 字符串结构struct usb_gadget_strings u16 language; /* 0x0409 for en-us */struct usb_string *strings;struct usb_string u8 id; /索引const char *s;8 UDC驱动程序需要实现的上层调用接口int usb_gadget_register_driver(struct usb_gadget_driver *driver);int usb_gadget_unreg
12、ister_driver(struct usb_gadget_driver *driver);三、UDC驱动程序1 UDC层主要数据结构,以S3C2410为例,在driver/usb/gadget/s3c2410_udc.c和s3c2410_udc.h文件中。下面的结构基本上每个UDC驱动程序都会实现,但具体实现的细节又不太相同。但万变不离其宗,宗就是上面介绍的基本gadget驱动数据结构,基本上UDC驱动程序自己实现的数据结构都是都这些基本数据结构的二次封装。a 设备结构struct s3c2410_udc
13、 spinlock_t lock; struct s3c2410_ep epS3C2410_ENDPOINTS; int address; struct usb_gadget gadget; &
14、#160; struct usb_gadget_driver *driver; struct s3c2410_request fifo_req; u8 fifo_bufEP_FIFO_SIZE;
15、; u16 devstatus; u32 port_status; int ep0state; unsigned got_irq : 1;
16、60; unsigned req_std : 1; unsigned req_config : 1; unsigned req_pending : 1; u8 vbus;
17、; struct dentry *regs_info;程序中对这个结构的初始化:static struct s3c2410_udc memory = .gadget = .ops = &s3c2410_ops,
18、0; .ep0 = &memory.ep0.ep, .name = gadget_name, .dev =
19、160; .init_name = "gadget",
20、; ,/* control endpoint */.ep0 = /struct s3c2410_ep .num = 0, .ep = /struct usb_ep
21、60; .name = ep0name, .ops = &s3c2410_ep_ops,
22、 .maxpacket = EP0_FIFO_SIZE, ,
23、 .dev = &memory, ,/* first group of endpoints */.ep1 = .num = 1,
24、60; .ep = .name = "ep1-bulk",
25、160; .ops = &s3c2410_ep_ops,
26、0; .maxpacket = EP_FIFO_SIZE, , .dev = &memory,
27、60; .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 1, .bmAttributes = US
28、B_ENDPOINT_XFER_BULK, ,.ep2 = .num = 2,
29、160; .ep = .name = "ep2-bulk", &
30、#160; .ops = &s3c2410_ep_ops, .maxpack
31、et = EP_FIFO_SIZE, , .dev = &memory,
32、160; .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 2,
33、 .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_BULK, ,.ep3 = .num = 3, &
34、#160; .ep = .name = "ep3-bulk",
35、 .ops = &s3c2410_ep_ops,
36、160; .maxpacket = EP_FIFO_SIZE, , .dev = &memory,&
37、#160; .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 3,
38、; .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_BULK, ,.ep4 =
39、0; .num = 4, .ep = .name = &q
40、uot;ep4-bulk", .ops = &s3c2410_ep_ops, &
41、#160; .maxpacket = EP_FIFO_SIZE, , .dev = &m
42、emory, .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 4,
43、0; .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_BULK, ;不同的UDC,自定义的数据结构不同。但一般都有这样一个数据结构来表示UDC设备,对usb_gadget设备对象进行封装,并包含设备的所有端点。b 端点结构struct s3c2410_ep struct list_head queue;unsigned long last_io; /* jiffies timestamp */struct u
44、sb_gadget *gadget;struct s3c2410_udc *dev;const struct usb_endpoint_descriptor *desc;struct usb_ep ep; /封装的struct usb_ep结构u8 num;unsigned short fifo_size;u8 bEndpointAddress;u8 bmAttributes;unsigned halted : 1;unsigned already_seen : 1;unsigned setup_stage : 1;对usb_ep结构进行封装,并有一个queue队列来对该端口上的request
45、进行排队。c Request结构struct s3c2410_request struct list_head queue; /* ep's requests */struct usb_request req;对usb_request进行封装,queue变量进行队列排队。1 UDC驱动是作为platform driver向platform子系统注册的,因此UDC驱动首先就需要实现struct platform_driver结构中的函数成员:struct platform_driver
46、60; int (*probe)(struct platform_device *); /驱动和设备绑定 int (*remove)(struct platform_device *); /支持热插拔的设备移除 void (*shutdown)(struct platform_device *); /设备关闭 &
47、#160; int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state); /电源管理相关,挂起设备 int (*resume)(struct platform_device *); /电源管理相关,恢复设备 struct de
48、vice_driver driver; struct platform_device_id *id_table; /驱动和设备匹配信息;在下面的源码分析中以s3c2410_udc.c文件为例:static struct platform_driver udc_driver_2410 = .driver = &
49、#160; .name = "s3c2410-usbgadget",
50、0; .owner = THIS_MODULE, , .probe = s3c2410_udc_probe, .remove = s3c2410_udc_remove, .suspend = s3c2410_udc_suspend,
51、0; .resume = s3c2410_udc_resume,;其中以s3c2410_udc_probe和s3c2410_udc_remove函数最为重要,s3c2410_udc_probe函数实现驱动和设备的匹配绑定,并分配资源;而s3c2410_udc_remove函数实现资源的释放。static int s3c2410_udc_probe(struct platform_device *pdev) struct s3c2410_ud
52、c *udc = &memory; /s3c2410的UDC设备,在其中对usb_gadget设备对象和端点等进行了初始化 struct device *dev = &pdev->dev; int retval; int irq; /获取总线时钟并使能
53、usb_bus_clock = clk_get(NULL, "usb-bus-gadget"); clk_enable(usb_bus_clock); /获取设备时钟并使能 udc_clock = clk_get(NULL, "usb-device"); clk_enable(udc_clock
54、); mdelay(10); spin_lock_init (&udc->lock); /初始化设备的自旋锁 udc_info = pdev->dev.platform_data; rsrc_start = S3C2410_PA_USBDEV; /s3c2410 UDC端口起始地址
55、; rsrc_len = S3C24XX_SZ_USBDEV; /s3c2410端口地址长度 if (!request_mem_region(rsrc_start, rsrc_len, gadget_name) /申请端口资源 return -EBUS
56、Y; base_addr = ioremap(rsrc_start, rsrc_len); /端口映射 if (!base_addr) retval = -ENOMEM;
57、0; goto err_mem; device_initialize(&udc->gadget.dev); /初始化device设备对象 udc->gadget.dev.parent = &pdev->dev; /当前UDC设备的父设备对象是platform_device u
58、dc->gadget.dev.dma_mask = pdev->dev.dma_mask; the_controller = udc; platform_set_drvdata(pdev, udc); /驱动和设备绑定,在platform_device结构中保存udc设备对象/*重新初始化设备*/s3c2410_udc_disable(udc);s3c2410_udc_reinit(udc);/* irq setup after old hardware state is c
59、leaned up */*申请中断,并绑定中断函数,中断函数是UDC功能驱动的入口函数*/retval = request_irq(IRQ_USBD, s3c2410_udc_irq, IRQF_DISABLED, gadget_name, udc);if (udc_info && udc_info->vbus_pin > 0) retval = gpio_request(udc_info->vbus_pin, "udc vbus"
60、); irq = gpio_to_irq(udc_info->vbus_pin); retval = request_irq(irq, s
61、3c2410_udc_vbus_irq, IRQF_DISABLED | IRQF_TRIGGER_RISING| IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_SHARED,gadget_name, udc); else
62、160; udc->vbus = 1; if (s3c2410_udc_debugfs_root) /创建虚拟文件debugfs udc->regs_info = debugfs_create_file("registers", S_IRUGO, s3c2410_udc
63、_debugfs_root,udc, &s3c2410_udc_debugfs_fops); if (!udc->regs_info) dev_warn(dev, "debugfs file creation fai
64、ledn");dev_dbg(dev, "probe okn");return 0;err_gpio_claim: if (udc_info && udc_info->vbus_pin > 0)
65、 gpio_free(udc_info->vbus_pin);err_int: free_irq(IRQ_USBD, udc);err_map: iounmap(base_addr);err_mem: release_mem_region(rsrc_start, rsr
66、c_len);return retval;从s3c2410_udc_probe函数可以看出,probe函数主要完成的就是将platform_device设备对象和UDC设备对象建立关系,UDC设备和驱动的一些初始化工作,并申请驱动所需的资源,若端口区间、中断号等,并将中断函数和中断号绑定。这个中断处理函数非常重要,对这个设备的所有操作都将从中断函数入口。static int s3c2410_udc_remove(struct platform_device *pdev)
67、60; struct s3c2410_udc *udc = platform_get_drvdata(pdev); /获取UDC设备对象,在probe函数中绑定的 unsigned int irq; if (udc->driver) /设备的驱动usb_gadget_driver对象,说明设备正在使用
68、160; return -EBUSY; debugfs_remove(udc->regs_info); /移除debugfs文件系统中建立的文件
69、60; if (udc_info && udc_info->vbus_pin > 0) irq = gpio_to_irq(udc_info->vbus_pin);
70、160; free_irq(irq, udc);
71、; free_irq(IRQ_USBD, udc); /释放中断 /*释放端口资源*/ iounmap(base_addr); release_mem_region(rsrc_start, rsrc_len);
72、60; /*解除绑定*/ platform_set_drvdata(pdev, NULL); /*释放时钟*/ if (!IS_ERR(udc_clock) &
73、& udc_clock != NULL) clk_disable(udc_clock);
74、; clk_put(udc_clock); ud
75、c_clock = NULL; if (!IS_ERR(usb_bus_clock) && usb_bus_clock != NULL)
76、 clk_disable(usb_bus_clock);
77、160; clk_put(usb_bus_clock); usb_bus_clock = NULL;
78、0; dev_dbg(&pdev->dev, "%s: remove okn", _func_); return 0;可以看出,remove函数基本上是probe函数的逆操作,将probe函数中申请的资源释放掉。2 UDC驱动程序还需要为上层实现usb_gadget_regi
79、ster_driver和usb_gadget_unregister_driver两个gadget driver注册接口,这两个函数将实现gadget driver和udc driver绑定。int usb_gadget_register_driver(struct usb_gadget_driver *driver) struct s3c2410_udc *udc = the_controller; /UDC设备对象
80、 int retval; /* Sanity checks */ if (!udc) retur
81、n -ENODEV; /*UDC设备只能绑定一个gadget driver对象*/ if (udc->driver) return -EBUSY;
82、160; /*检查gadget driver是否实现了绑定函数、setup函数。同时低速设备也不支持gadget driver*/ if (!driver->bind | !driver->setup| driver->speed < USB_SPEED_FULL)
83、0; printk(KERN_ERR "Invalid driver: bind %p setup %p speed %dn",driver->bind, driver->setup, driver->speed); return -EINVAL; &
84、#160; /支持卸载的话,还需要实现unbind函数 #if defined(MODULE) if (!driver->unbind)
85、; printk(KERN_ERR "Invalid driver: no unbind methodn"); &
86、#160; return -EINVAL;
87、160; #endif /* Hook the driver */ /*将gadget driver和udc设备绑定*/ udc->driver = driver;
88、; udc->gadget.dev.driver = &driver->driver; /* Bind the driver */ if (retval = device_add(&udc->gadget.dev) != 0) /完成gadget设备在内核中的注册 &
89、#160; printk(KERN_ERR "Error in device_add() : %dn",retval);
90、160; goto register_error; if (retval = driver->bind (&udc->gadget) != 0) /gadget驱动绑定函数 &
91、#160; device_del(&udc->gadget.dev); goto register_error;
92、160; /* Enable udc */ /使能UDC设备 s3c2410_udc_enable(udc); return 0; &
93、#160; register_error: udc->driver = NULL; udc->gadget.dev.driver = NULL;
94、 return retval; /*gadget 驱动注销函数*/int usb_gadget_unregister_driver(struct usb_gadget_driver *driver) struct s3c2410_udc *u
95、dc = the_controller; if (!udc) return -ENODEV;
96、160; /*驱动必须和注册时的驱动是一致的,同时实现了unbind函数*/ if (!driver | driver != udc->driver | !driver->unbind)
97、60; return -EINVAL; dprintk(DEBUG_NORMAL,"usb_gadget_register_driver() '%s'n", driver->); /*调用
98、gadget driver实现的unbind函数*/ driver->unbind(&udc->gadget); device_del(&udc->gadget.dev); /和register函数中的device_add对应
99、60; udc->driver = NULL;/这个很重要,这里说明gadget驱动注销之后,才能移除udc设备 /* Disable udc */ /*关闭设备*/
100、0; s3c2410_udc_disable(udc); return 0; 3 中断函数中断处理函数是UDC驱动层的核心函数,由于UDC是从设备,主机端是控制端,所有的操作都是主机端发起的,所以中断处理函数是UDC驱动层的核心函数。static irqreturn_t s3c2410_udc_ir
101、q(int dummy, void *_dev) struct s3c2410_udc *dev = _dev; /UDC设备对象 int usb_status;
102、60; int usbd_status; int pwr_reg; int ep0csr; int i;
103、160; u32 idx; unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
104、; /* Driver connected ? */ if (!dev->driver) /还没有和驱动绑定,清除中断
105、0; /* Clear interrupts */
106、; udc_write(udc_read(S3C2410_UDC_USB_INT_REG), S3C2410_UDC_USB_INT_REG);
107、 udc_write(udc_read(S3C2410_UDC_EP_INT_REG),S3C2410_UDC_EP_INT_REG);
108、0; /* Save index */ idx = udc_read(S3C2410_UDC_INDEX_REG); /这是哪个端点产生中断的索引号
109、60; /* Read status registers */ usb_status = udc_read(S3C2410_UDC_USB_INT_REG); /UDC设备状态 usbd_status = udc_read(S3C2410_UDC_EP
110、_INT_REG); /UDC产生中断的端点状态 pwr_reg = udc_read(S3C2410_UDC_PWR_REG); udc_writeb(base_addr, S3C2410_UDC_INDEX_EP0, S3C2410_UDC_IND
111、EX_REG); ep0csr = udc_read(S3C2410_UDC_IN_CSR1_REG); dprintk(DEBUG_NORMAL, "usbs=%02x, usbds=%02x, pwr=%02x ep0csr=%02xn", usb_s
112、tatus, usbd_status, pwr_reg, ep0csr); /*
113、160; 开始中断的实际处理,这里的中断只有两种类型: 1. UDC设备中断: 重置、挂起和恢复 2. 端点中断
114、0; */ /* UDC设备RESET操作处理 */ if (usb_status & S3C2410_UDC_USBINT_RESET
115、) /Reset中断 /* two kind of reset :
116、60; * - reset start -> pwr reg = 8
117、; * - reset end -> pwr reg = 0
118、60; */ dprintk(DEBUG_NORMAL, "USB reset csr %x pwr %xn", ep0csr, pwr_reg);
119、 dev->gadget.speed = USB_SPEED_UNKNOWN;
120、 udc_write(0x00, S3C2410_UDC_INDEX_REG);
121、160; udc_write(dev->ep0.ep.maxpacket & 0x7ff) >> 3, S3C2410_UDC_MAXP_REG);
122、60; dev->address = 0; dev-&
123、gt;ep0state = EP0_IDLE; dev->gadget.speed = USB_SPEED_FULL;
124、0; /* clear interrupt */
125、 udc_write(S3C2410_UDC_USBINT_RESET, S3C2410_UDC_USB_INT_REG);
126、0; udc_write(idx, S3C2410_UDC_INDEX_REG); &
127、#160; spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
128、; return IRQ_HANDLED; /* UDC设备RESUME操作处理 */ if
129、(usb_status & S3C2410_UDC_USBINT_RESUME) /Resume中断
130、 dprintk(DEBUG_NORMAL, "USB resumen");
131、 /* clear interrupt */ udc_write(S3C2410_UDC_USBINT_RESUME, S3C24
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