本文共 12068 字，大约阅读时间需要 40 分钟。
USB设备为主机提供了多种多样的附加功能，如文件传输，声音播放等，但对USB主机来说，它与所有USB设备的接口都是一致的。一个USB设备由3个功能模块组成：USB总线接口、USB逻辑设备和功能单元：
a – 这里的USB总线接口指的是USB设备中的串行接口引擎（SIE）； b – USB逻辑设备被USB系统软件看作是一个端点的集合； c – 功能单元被客户软件看作是一个接口的集合。SIE、端点和接口都是USB设备的组成单元； 为了更好地描述USB设备的特征，USB提出了设备架构的概念。从这个角度来看，可以认为USB设备是由一些配置、接口和端点组成，即一个USB设备可以含有一个或多个配置，在每个配置中可含有一个或多个接口，在每个接口中可含有若干个端点。其中，配置和接口是对USB设备功能的抽象，实际的数据传输由端点来完成。在使用USB设备前，必须指明其采用的配置和接口。这个步骤一般是在设备接入主机时设备进行枚举时完成的 设备通常有一个或多个配置； 配置通常有一个或多个接口； 接口通常有一个或多个设置； 接口有零或多个端点。这样的概念太抽象了，可以这样看：有一个设备，如支持视频和音频的一个播放器。那么，对于上面提到的4个描述符，对它们设置的时候，它们分别对于哪一个描述符呢？
从我现在的理解来看，这样一个设备对应一个设备描述符，支持视频的功能对应一个接口描述符，支持音频功能的对应一个接口描述符。为了支持视频，在下层有多个端口同时工作为提供视频数据传输的支持，所以有多个端点描述符。USB设备使用各种描述符来说明其设备架构，包括设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符和字符串描述符，他们通常被保存在USB设备的固件程序中。
设备代表一个USB设备，它由一个或多个配置组成。设备描述符用于说明设备的总体信息，并指明其所含的配置的个数。一个USB设备只能有一个设备描述符。
struct usb_device_descriptor { _ _u8 bLength; //描述符长度 _ _u8 bDescriptorType; //描述符类型编号 _ _le16 bcdUSB; //USB版本号 _ _u8 bDeviceClass; //USB分配的设备类code _ _u8 bDeviceSubClass;// USB分配的子类code _ _u8 bDeviceProtocol; //USB分配的协议code _ _u8 bMaxPacketSize0; //endpoint0最大包大小 _ _le16 idVendor; //厂商编号 _ _le16 idProduct; //产品编号 _ _le16 bcdDevice; //设备出厂编号 _ _u8 iManufacturer; //描述厂商字符串的索引 _ _u8 iProduct; //描述产品字符串的索引 _ _u8 iSerialNumber; //描述设备序列号字符串的索引 _ _u8 bNumConfigurations; //可能的配置数量 } _ _attribute_ _ ((packed)); 一个USB设备可以包含一个或多个配置，如USB设备的低功耗模式和高功耗模式可分别对应一个配置。在使用USB设备前，必须为其选择一个合适的配置。配置描述符用于说明USB设备中各个配置的特性，如配置所含接口的个数等。USB设备的每一个配置都必须有一个配置描述符。
struct usb_config_descriptor { _ _u8 bLength; //描述符长度 _ _u8 bDescriptorType; //描述符类型编号 _ _le16 wTotalLength; //配置所返回的所有数据的大小 _ _u8 bNumInterfaces; // 配置所支持的接口数 _ _u8 bConfigurationValue; //Set_Configuration命令需要的参数值 _ _u8 iConfiguration; //描述该配置的字符串的索引值 _ _u8 bmAttributes; //供电模式的选择 _ _u8 bMaxPower; //设备从总线提取的最大电流 } _ _attribute_ _ ((packed)); 一个配置可以包含一个或多个接口，例如对一个光驱来说，当用于文件传输时，使用其大容量存储接口；而当用于播放CD时，使用其音频接口。接口是端点的集合，可以包含一个或多个可替换设置，用户能够在USB处于配置状态时改变当前接口所含的个数和特性。接口描述符用于说明设备中各个接口的特性，如接口所属的设备类及其子类等。USB设备的每个接口都必须有一个接口描述符
struct usb_interface_descriptor { _ _u8 bLength; //描述符长度 _ _u8 bDescriptorType; //描述符类型 _ _u8 bInterfaceNumber; // 接口的编号 _ _u8 bAlternateSetting; //备用的接口描述符编号 _ _u8 bNumEndpoints; //该接口使用的端点数，不包括端点0 _ _u8 bInterfaceClass; //接口类型 _ _u8 bInterfaceSubClass; //接口子类型 _ _u8 bInterfaceProtocol; //接口所遵循的协议 _ _u8 iInterface; //描述该接口的字符串索引值 } _ _attribute_ _ ((packed)); 4、端点描述符
端点是USB设备中的实际物理单元，USB数据传输就是在主机和USB设备各个端点之间进行的。端点一般由USB接口芯片提供，例如Freescale公司的MC68HC908JB8和MC9S12UF32。USB设备中的每一个端点都有唯一的端点号，每个端点所支持的数据传输方向一般而言也是确定的：或是输入（IN），或是输出（OUT）。也有些芯片提供的端点的数据方向是可以配置的，例如MC68HC908JB8包含有两个用于数据收发的端点：端点1和端点2。其中端点1只能用于数据发送，即支持输入（IN）操作；端点2既能用于数据发送，也可用于数据接收，即支持输入（IN）和输出（OUT）操作。而MC9S12UF32具有6个端点。 利用设备地址、端点号和传输方向就可以指定一个端点，并与它进行通信。端点的传输特性还决定了其与主机通信是所采用的传输类型，例如控制端点只能使用控制传输。根据端点的不同用途，可将端点分为两类：0号端点和非0号端点。 0号端点比较特殊，它有数据输入IN和数据输出OUT两个物理单元，且只能支持控制传输。所有的USB设备都必须含有一个0号端点，用作默认控制管道。USB系统软件就是使用该管道与USB逻辑设备进行配置通信的。0号端点在USB设备上的以后就可以使用，而非0号端点必须要在配置以后才可以使用。 根据具体应用的需要，USB设备还可以含有多个除0号端点以外的其他端点。对于低速设备，其附加的端点数最多为2个；对于全速/高速设备，其附加的端点数最多为15个。struct usb_endpoint_descriptor { _ _u8 bLength; //描述符长度 _ _u8 bDescriptorType; //描述符类型 _ _u8 bEndpointAddress; //端点地址：0～3位是端点号，第7位是方向(0-OUT,1-IN) _ _u8 bmAttributes; //端点属性：bit[0:1] 的值为00表示控制，为01表示同步，为02表示批量，为03表示中断 _ _le16 wMaxPacketSize; 本端点接收或发送的最大信息包的大小 _ _u8 bInterval;//轮询数据传送端点的时间间隔 //对于批量传送的端点以及控制传送的端点，此域忽略 //对于同步传送的端点，此域必须为1 _ _u8 bRefresh; _ _u8 bSynchAddress; } _ _attribute_ _ ((packed)); 在USB设备中通常还含有字符串描述符，以说明一些专用信息，如制造商的名称、设备的序列号等。它的内容以UNICODE的形式给出，且可以被客户软件所读取。对USB设备来说，字符串描述符是可选的。
struct usb_string_descriptor { _ _u8 bLength; //描述符长度 _ _u8 bDescriptorType; //描述符类型 _ _le16 wData[1]; } _ _attribute_ _ ((packed)); 在USB系统结构中，可以认为数据传输时在USB主机软件与USB设备的各个端点之间直接进行的，它们之间的连接称为管道。管道是在USB设备的配置过程中建立的。管道是对USB主机与USB设备间通信流的抽象，表示USB主机的数据缓冲区与USB设备的端点之间存在着逻辑数据传输，而实际的数据传输是由USB总线接口层来完成的。
管道与USB设备中的端点一一对应。一个USB设备含有多少个端点，其与USB主机进行通信时就可以使用多少条管道，且端点的类型决定了管道中数据的传输类型，例如中断端点对应中断管道，且该管道只能进行中断传输。不论存在着多少条管道，在各个管道中进行的数据传输都是相互独立的。USB 通讯的最基本形式是通过端点。一个USB端点只能向一个方向传输数据（从主机到设备(称为输出端点)或者从设备到主机(称为输入端点)）。端点可被看作一个单向的管道。
USB 端点有 4 种不同类型, 分别具有不同的数据传送方式：控制端点被用来控制对USB设备的不同部分访问. 通常用作配置设备、获取设备信息、发送命令到设备或获取设备状态报告。这些端点通常较小。每个 USB 设备都有一个控制端点称为”端点 0”, 被 USB 核心用来在插入时配置设备。USB协议保证总有足够的带宽留给控制端点传送数据到设备.
每当 USB 主机向设备请求数据时，中断端点以固定的速率传送小量的数据。此为USB 键盘和鼠标的主要的数据传送方法。它还用以传送数据到USB设备来控制设备。通常不用来传送大量数据。USB协议保证总有足够的带宽留给中断端点传送数据到设备.
批量端点用以传送大量数据。这些端点通常比中断端点大得多. 它们普遍用于不能有任何数据丢失的情况。USB 协议不保证传输在特定时间范围内完成。如果总线上没有足够的空间来发送整个BULK包，它被分为多个包进行传输。这些端点普遍用于打印机、USB Mass Storage和USB网络设备上。
等时端点也批量传送大量数据, 但是这个数据不被保证能送达。这些端点用在可以处理数据丢失的设备中，并且更多依赖于保持持续的数据流。如音频和视频设备等等。
控制和批量端点用于异步数据传送，而中断和等时端点是周期性的。这意味着这些端点被设置来在固定的时间连续传送数据，USB 核心为它们保留了相应的带宽。struct usb_host_endpoint{ struct usb_endpoint_descriptor desc;//端点描述符 struct list_head urb_list;//此端点的URB对列，由USB核心维护 void *hcpriv; struct ep_device *ep_dev; /* For sysfs info */ unsigned char*extra;/* Extra descriptors */ int extralen; int enabled; }; 当调用USB设备驱动调用usb_submit_urb提交urb请求时，将调用int usb_hcd_link_urb_to_ep(struct usb_hcd *hcd, struct urb *urb)把此urb增加到urb_list的尾巴上。(hcd: Host Controller Driver,对应数据结构struct usb_hcd )
struct usb_interface { struct usb_host_interface *altsetting; struct usb_host_interface *cur_altsetting; unsigned num_altsetting; int minor; enum usb_interface_condition condition; unsigned is_active:1; unsigned needs_remote_wakeup:1; struct device dev; struct device *usb_dev; int pm_usage_cnt; }; struct usb_interface中的struct usb_host_interface *cur_altsetting成员，表示当前正在使用的设置
1.struct usb_host_interface { struct usb_interface_descriptor desc;//usb描述符，主要有四种usb描述符，设备描述符，配置描述符，接口描述符和端点描述符，协议里规定一个usb设备是必须支持这四大描述符的。 //usb描述符放在usb设备的eeprom里边 /* array of desc.bNumEndpoint endpoints associated with this * interface setting. these will be in no particular order. */ struct usb_host_endpoint *endpoint;//这个设置所使用的端点 char *string; /* iInterface string, if present */ unsigned char *extra; /* Extra descriptors */关于额外描述符 int extralen; }; 2.2struct usb_host_endpoint 端点函数
struct usb_host_endpoint { struct usb_endpoint_descriptor desc; struct list_head urb_list;//端点要处理的urb队列.urb是usb通信的主角，设备中的每个端点都可以处理一个urb队列.要想和你的usb通信，就得创建一个urb，并且为它赋好值， //交给咱们的usb core，它会找到合适的host controller，从而进行具体的数据传输 void *hcpriv;//这是提供给HCD（host controller driver）用的 struct ep_device *ep_dev; /* For sysfs info */ unsigned char *extra; /* Extra descriptors */ int extralen; }; 2.3struct usb_device 设备函数
struct usb_device { int devnum; //devnum只是usb设备在一条usb总线上的编号.一条usb_bus_type类型的总线上最多可以连上128个设备 char devpath [16]; /* Use in messages: /port/port/...*/ //对于root hub.会将dev->devpath[0]=’0’ enum usb_device_state state; //设备的状态Attached，Powered，Default，Address，Configured，Suspended； //Attached表示设备已经连接到usb接口上了，是hub检测到设备时的初始状态。那么这里所谓的USB_STATE_NOTATTACHED就是表示设备并没有Attached。 //Address状态表示主机分配了一个唯一的地址给设备，此时设备可以使用缺省管道响应主机的请求 //Configured状态表示设备已经被主机配置过了，也就是协议里说的处理了一个带有非0值的SetConfiguration()请求，此时主机可以使用设备提供的所有功能 //Suspended挂起状态，为了省电，设备在指定的时间内，3ms吧，如果没有发生总线传输，就要进入挂起状态。此时，usb设备要自己维护包括地址、配置在内的信息 enum usb_device_speed speed; /* high/full/low (or error) */ struct usb_tt *tt; //如果一个高速设备里有这么一个TT，那么就可以连接低速/全速设备，如不然，那低速/全速设备没法用，只能连接到OHCI/UHCI那边出来的hub口里。 int ttport; //如果一个高速设备里有这么一个TT，那么就可以连接低速/全速设备，如不然，那低速/全速设备没法用，只能连接到OHCI/UHCI那边出来的hub口里。 unsigned int toggle[2]; /* one bit for each endpoint //他实际上就是一个位图.IN方向的是toggle[0].OUT方向的是toggle[1].其实,这个数组中的每一位表示ep的toggle值 * ([0] = IN, [1] = OUT) */它里面的每一位表示的就是每个端点当前发送或接收的数据包是DATA0还是DATA1 struct usb_device *parent; /* our hub, unless we're the root */ //USB设备是从Root Hub开始，一个一个往外面连的，比如Root Hub有4个口，每个口连一个USB设备，比如其中有一个是Hub，那么这个Hub有可以继续有多个口，于是一级一级的往下连， //最终连成了一棵树。 struct usb_bus *bus; /* Bus we're part of */设备所在的总线 struct usb_host_endpoint ep0; //端点0的特殊地位决定了她必将受到特殊的待遇，在struct usb_device对象产生的时候它就要初始化 struct device dev; /* Generic device interface */嵌入到struct usb_device结构里的struct device结构 struct usb_device_descriptor descriptor;/* Descriptor */设备描述符，此结构体的bMaxPacketSize0 filed保存了端点0的maximum packet size struct usb_host_config *config; //设备拥有的所有配置 struct usb_host_config *actconfig;//设备正在使用的配置 struct usb_host_endpoint *ep_in[16];//ep_in[16]，359行，ep_out[16]，除了端点0，一个设备即使在高速模式下也最多只能再有15个IN端点和15个OUT端点，端点0太特殊了， struct usb_host_endpoint *ep_out[16];//对应的管道是Message管道，又能进又能出特能屈能伸的那种，所以这里的ep_in和ep_out数组都有16个值 char **rawdescriptors; /* Raw descriptors for each config */ unsigned short bus_mA; /* Current available from the bus */这个值是在host controller的驱动程序中设置的，通常来讲，计算机的usb端口可以提供500mA的电流 u8 portnum; //不管是root hub还是一般的hub，你的USB设备总归要插在一个hub的端口上才能用，portnum就是那个端口号。 u8 level; //层次，也可以说是级别，表征usb设备树的级连关系。Root Hub的level当然就是0，其下面一层就是level 1，再下面一层就是level 2，依此类推 unsigned discon_suspended:1; /* Disconnected while suspended */ unsigned have_langid:1; /* whether string_langid is valid */ int string_langid; /* language ID for strings */ /* static strings from the device */ char *product; /* iProduct string, if present */ char *manufacturer; /* iManufacturer string, if present */ char *serial; /* iSerialNumber string, if present */ //分别用来保存产品、厂商和序列号对应的字符串描述符信息 struct list_head filelist; #ifdef CONFIG_USB_DEVICE_CLASS struct device *usb_classdev; #endif #ifdef CONFIG_USB_DEVICEFS struct dentry *usbfs_dentry; /* usbfs dentry entry for the device */ #endif /* * Child devices - these can be either new devices * (if this is a hub device), or different instances * of this same device. * * Each instance needs its own set of data structures. */ int maxchild; /* Number of ports if hub */ struct usb_device *children[USB_MAXCHILDREN]; int pm_usage_cnt; /* usage counter for autosuspend */ u32 quirks; //quirk就是用来判断这些有毛病的产品啥毛病的 #ifdef CONFIG_PM struct delayed_work autosuspend; /* for delayed autosuspends */ struct mutex pm_mutex; /* protects PM operations */ unsigned long last_busy; /* time of last use */ int autosuspend_delay; /* in jiffies */ unsigned auto_pm:1; /* autosuspend/resume in progress */ unsigned do_remote_wakeup:1; /* remote wakeup should be enabled */ unsigned autosuspend_disabled:1; /* autosuspend and autoresume */ unsigned autoresume_disabled:1; /* disabled by the user */ #endif }; 2.4struct usb_host_config 配置函数
struct usb_host_config { struct usb_config_descriptor desc; char *string; struct usb_interface *interface[USB_MAXINTERFACES]; //配置所包含的接口，这个数组的顺序未必是按照配置里接口号的顺序 struct usb_interface_cache *intf_cache[USB_MAXINTERFACES]; //usb接口的缓存 unsigned char *extra; int extralen; }; 转载地址：http://sxomb.baihongyu.com/