Linux USB Gadget--软件结构
2013-07-22 16:06:36
USB Gadget是分层的软件结构，本文分析的是2.6.32.2版本的Gadget软件结构，这个软件结构与以前版本的变化很大。USB Gadget软件结构总共分为三层：
一. UDC层
这一层是与硬件相关层。相关文件s3c2410_udc.c s3c2410_udc.h。s3c2410设备控制器作为一个linux设备在这一层是作为platform设备而注册到linux设备模型中的。相关数据结构以及相关函数如下：
1 数据结构
struct s3c2410_udc { spinlock_t lock; struct s3c2410_ep ep[S3C2410_ENDPOINTS]; int address; struct usb_gadget gadget; struct usb_gadget_driver *driver; struct s3c2410_request fifo_req; u8 fifo_buf[EP_FIFO_SIZE]; u16 devstatus; u32 port_status; int ep0state; unsigned got_irq : 1; unsigned req_std : 1; unsigned req_config : 1; unsigned req_pending : 1; u8 vbus; struct dentry *regs_info; };
staticstruct s3c2410_udc memory = { .gadget = { .ops = &s3c2410_ops, .ep0 = &memory.ep[0].ep, .name = gadget_name, .dev = { .init_name = "gadget", }, }, .ep[0] = { .num = 0, .ep = { .name = ep0name, .ops = &s3c2410_ep_ops, .maxpacket = EP0_FIFO_SIZE, }, .dev = &memory, }, .ep[1] = { .num = 1, .ep = { .name = "ep1-bulk", .ops = &s3c2410_ep_ops, .maxpacket = EP_FIFO_SIZE, }, .dev = &memory, .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 1, .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_BULK, }, .ep[2] = { .num = 2, .ep = { .name = "ep2-bulk", .ops = &s3c2410_ep_ops, .maxpacket = EP_FIFO_SIZE, }, .dev = &memory, .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 2, .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_BULK, }, .ep[3] = { .num = 3, .ep = { .name = "ep3-bulk", .ops = &s3c2410_ep_ops, .maxpacket = EP_FIFO_SIZE, }, .dev = &memory, .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 3, .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_BULK, }, .ep[4] = { .num = 4, .ep = { .name = "ep4-bulk", .ops = &s3c2410_ep_ops, .maxpacket = EP_FIFO_SIZE, }, .dev = &memory, .fifo_size = EP_FIFO_SIZE, .bEndpointAddress = 4, .bmAttributes = USB_ENDPOINT_XFER_BULK, } };
platform设备需要注册一个platform_driver的结构体：
staticstruct platform_driver udc_driver_2410 = { .driver = { .name = "s3c2410-usbgadget", .owner = THIS_MODULE, }, .probe = s3c2410_udc_probe, .remove = s3c2410_udc_remove, .suspend = s3c2410_udc_suspend, .resume = s3c2410_udc_resume, };
以
上的数据结构以及函数是UDC的硬件层，不同的UDC采取不同的策略。s3c2410是集成的USB设备控制器，所以就是采用platform驱动的形式
来注册的。如果系统是外接的USB设备控制器，那么则会采用相应总线的注册形式，比如PCI等。platform驱动的唯一目的就是分配资源以及初级初始
化硬件，对于USB设备层和功能驱动层都没有影响。UDC层与USB设备层是通过另外的数据结构进行交互的。这种方式就是使用两个结构体与两个函数， 两
个结构体分别是struct usb_gadget与struct usb_gadget_driver，他们都是嵌入在
struct s3c2410_udc结构中的，但是是由不同软件层的代码初始化的。首先看struct usb_gadget，他是在定义memory
的时候就进行了初始化，是在UDC层中初始化的。而struct usb_gadget_driver是在USB设备层中初始化的，他是通过
usb_gadget_register_driver(struct usb_gadget_driver *driver)函数从USB设备层传过来
然后赋值给memory的。这里出现一个关键的函数
usb_gadget_register_driver(struct usb_gadget_driver *driver)这个函数就是UDC层与
USB设备层进行交互的函数。设备设备层通过调用它与UDC层联系在一起。这个函数将usb_gadget与usb_gadget_driver联系在一
起。向USB设备层提供usb_gadget_register_driver(struct usb_gadget_driver *driver)是
UDC层的基本任务，但是UDC层要做的不仅如此，UDC层还需要提供为usb_gadget服务的相关函数，这些函数会通过usb_gadget传递给
USB设备层。UDC层还需要提供USB设备的中断处理程序，中断处理尤其重要。因为所有的USB传输都是由主机发起，而有没有USB传输完全由USB中
断判定，所以USB中断处理程序是整个软件架构的核心。UDC层主要提供以下的函数与数据结构： （1） usb_gadget操作函数集合 staticconststruct usb_gadget_ops s3c2410_ops = { .get_frame = s3c2410_udc_get_frame, .wakeup = s3c2410_udc_wakeup, .set_selfpowered = s3c2410_udc_set_selfpowered, .pullup = s3c2410_udc_pullup, .vbus_session = s3c2410_udc_vbus_session, .vbus_draw = s3c2410_vbus_draw, };
（2） 端点操作函数集合
staticconststruct usb_ep_ops s3c2410_ep_ops = { .enable = s3c2410_udc_ep_enable, .disable = s3c2410_udc_ep_disable, .alloc_request = s3c2410_udc_alloc_request, .free_request = s3c2410_udc_free_request, .queue = s3c2410_udc_queue, .dequeue = s3c2410_udc_dequeue, .set_halt = s3c2410_udc_set_halt, };
static irqreturn_t s3c2410_udc_irq(int dummy, void *_dev)
二 USB设备层
USB
设备层，虽然名字上与设备相关。但是属于硬件无关层。这一层相关的代码是composite.c,composite.h。这一层的功能是隔离
Gadget功能驱动与硬件相关层。使得功能驱动直接与USB设备层交互不用考虑硬件的相关细节。还有USB设备层提供了USB设备的一些基本数据结构，
不同的Gadget功能驱动可以共同调用。如果没有这一层，则每一个功能驱动都需要实现自己的USB设备，导致了代码重用率很高。这一层向下与UDC层进
行交互，向上与Gadget功能驱动层进行交互。在UDC层已经介绍了USB设备层向下与UDC层交互方式主要是通过调用
usb_gadget_register_driver(struct usb_gadget_driver *driver)，这个函数是UDC层提供
的。而这个函数传递的参数就是一个usb_gadget_driver的结构体。以下是这个结构体定义：
struct usb_gadget_driver { char *function; enum usb_device_speed speed; int (*bind)(struct usb_gadget *); void (*unbind)(struct usb_gadget *); int (*setup)(struct usb_gadget *, conststruct usb_ctrlrequest *); void (*disconnect)(struct usb_gadget *); void (*suspend)(struct usb_gadget *); void (*resume)(struct usb_gadget *); struct device_driver driver; };
staticstruct usb_gadget_driver composite_driver = { .speed = USB_SPEED_HIGH, .bind = composite_bind, .unbind = __exit_p(composite_unbind), .setup = composite_setup, .disconnect = composite_disconnect, .suspend = composite_suspend, .resume = composite_resume, .driver = { .owner = THIS_MODULE, }, };
（1） 数据结构 struct usb_composite_dev { struct usb_gadget *gadget; struct usb_request *req; unsigned bufsiz; struct usb_configuration *config; struct usb_device_descriptor desc; struct list_head configs; struct usb_composite_driver *driver; u8 next_string_id; unsigned deactivations; spinlock_t lock; };
struct usb_composite_driver { constchar *name; conststruct usb_device_descriptor *dev; struct usb_gadget_strings **strings; int (*bind)(struct usb_composite_dev *); int (*unbind)(struct usb_composite_dev *); void (*suspend)(struct usb_composite_dev *); void (*resume)(struct usb_composite_dev *); };
（2） 函数
int __init usb_composite_register(struct usb_composite_driver *driver) { if (!driver || !driver->dev || !driver->bind || composite) return -EINVAL; if (!driver->name) driver->name = "composite"; composite_driver.function = (char *) driver->name; composite_driver.driver.name = driver->name; composite = driver; return usb_gadget_register_driver(&composite_driver); }
三 Gadget 功能驱动层
Gadget 功能驱动层是USB Gadget软件结构的最上
层。主要是实现USB设备的功能，这一层通常与linux内核的其他层有密切的联系。模拟U盘的gadget就与文件系统层与块IO层有着联系。这里主要
介绍最简单的Gadget 功能驱动zero。这一层包括zero.c。该驱动是作为一个模块注册到内核的，首先看一下他的模块初始化函数：
staticint __init init(void) { return usb_composite_register(&zero_driver); }
staticstruct usb_composite_driver zero_driver = { .name = "zero", .dev = &device_desc, .strings = dev_strings, .bind = zero_bind, .unbind = zero_unbind, .suspend = zero_suspend, .resume = zero_resume, };
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