1 Linux USB驅動層次

Linux USB驅動總體結構：

從主機側看，在Linux驅動中，處於USB驅動最底層的是USB主機控制器硬件，在其上運行的是USB主機控制器驅動，在主機控制器上的為USB核心層，再上層為USB設備驅動層（插入主機上的U盤、鼠標、USB轉串口等設備驅動）。因此，在主機側的層次結構中，要實現的USB驅動包括兩類：USB主機控制器驅動和USB設備驅動，前者控制插入其中的USB設備，後者控制USB設備如何與主機通信。USB核心負責USB驅動管理和協議處理的主要工作，通過定義一些數據結構、宏和功能函數，向上為設備驅動提供編程接口，向下為USB主機控制器驅動提供編程接口。

Linux內核USB設備側驅動程序分為3個層次：UDC驅動程序、Gadget API和Gadget驅動程序。UDC驅動程序直接訪問硬件，控制USB設備和主機間的底層通信，向上層提供與硬件相關操作的回調函數。當前Gadget API是UDC驅動程序回調函數的簡單包裝。Gadget驅動程序具體控制USB設備功能的實現，使設備表現出“網絡連接”、“打印機”或“USB Mass Storage”等特性，它使用Gadget API控制UDC實現上述功能。

2 設備、配置、接口、端點

在USB設備的邏輯組織中，包含設備、配置、接口和端點4個層次。

• 設備通常有一個或多個配置；
• 配置通常有一個或多個接口；
• 接口通常有一個或多個設置；
• 接口有零個或多個端點。

（1）設備描述符：在Linux內核中，USB設備用usb_device結構體來描述，USB設備描述符定義為usb_device_descriptor結構體。

 1 /* include/uapi/linux/usb/ch9.h */
 2 struct usb_device_descriptor {
 3     __u8  bLength;    // 描述符長度
 4     __u8  bDescriptorType;    // 描述符類型編號
 5 
 6     __le16 bcdUSB;    // USB版本號
 7     __u8  bDeviceClass;    //
 
 USB分配的設備類code
 8     __u8  bDeviceSubClass;    // USB分配的子類code
 9     __u8  bDeviceProtocol;    // USB分配的協議code
10     __u8  bMaxPacketSize0;    // endpoint0最大包大小
11     __le16 idVendor;    // 廠商編號
12     __le16 idProduct;    // 產品編號
13     __le16 bcdDevice;    // 設備出廠編號
14     __u8  iManufacturer;    // 描述廠商字符串的索引
15     __u8  iProduct;    // 描述產品字符串的索引
16     __u8  iSerialNumber;    // 描述設備序列號字符串的索引
17     __u8  bNumConfigurations;    // 可能的配置數量
18 } __attribute__ ((packed));

（2）配置描述符：USB配置在內核中使用usb_host_config結構體描述，而USB配置描述符定義為結構體usb_config_descriptor。

 1 /* include/uapi/linux/usb/ch9.h */
 2 struct usb_config_descriptor {
 3     __u8  bLength;    // 描述符長度
 4     __u8  bDescriptorType;    // 描述符類型編號
 5 
 6     __le16 wTotalLength;    // 配置所返回的所有數據的大小
 7     __u8  bNumInterfaces;    // 配置所支持的接口數
 8     __u8  bConfigurationValue;    // Set_Configuration命令需要的參數值
 9     __u8  iConfiguration;    // 描述該配置的字符串的索引值
10     __u8  bmAttributes;    // 供電模式的選擇
11     __u8  bMaxPower;    // 設備從總線提取的最大電流
12 } __attribute__ ((packed)); 

（3）接口描述符：USB接口在內核中使用usb_interface結構體描述，而USB接口描述符定義為結構體usb_interface_descriptor。

 1 /* include/uapi/linux/usb/ch9.h */
 2 struct usb_interface_descriptor {
 3     __u8  bLength;    // 描述符長度
 4     __u8  bDescriptorType;    // 描述符類型編號
 5 
 6     __u8  bInterfaceNumber;    // 接口的編號
 7     __u8  bAlternateSetting;    // 備用的接口描述符編號
 8     __u8  bNumEndpoints;    // 該接口使用的端點數，不包括端點0
 9     __u8  bInterfaceClass;    // 接口類型
10     __u8  bInterfaceSubClass;    // 接口子類型
11     __u8  bInterfaceProtocol;    // 接口所遵循的協議
12     __u8  iInterface;    // 描述該接口的字符串索引值
13 } __attribute__ ((packed));

（4）端點描述符：USB端點使用usb_host_endpoint結構體來描述，而USB端點描述符定義為usb_endpoint_descriptor結構體。

 1 /* include/uapi/linux/usb/ch9.h */
 2 struct usb_endpoint_descriptor {
 3     __u8  bLength;    // 描述符長度
 4     __u8  bDescriptorType;    // 描述符類型
 5 
 6     __u8  bEndpointAddress;    // 端點地址，0~3位是端點號，第7位是方向(0為輸出，1為輸出)
 7     __u8  bmAttributes;    // 端點屬性:bit[0:1]的值為00表示控制，為01表示同步，為02表示批量，為03表示中斷
 8     __le16 wMaxPacketSize;    // 本端點接收或發送的最大信息包的大小
 9     __u8  bInterval;    // 輪詢數據傳送端點的時間間隔
10 
11     __u8  bRefresh;   
12     __u8  bSynchAddress;
13 } __attribute__ ((packed));

（5）字符串描述符。

1 /* include/uapi/linux/usb/ch9.h */
2 struct usb_string_descriptor {
3     __u8  bLength;    // 描述符長度
4     __u8  bDescriptorType;    // 描述符類型
5 
6     __le16 wData[1];    // 以UTF-16LE編碼
7 } __attribute__ ((packed));

USB子系統架構