USB设备---URB请求快

Posted 2020-06-20 chd_zhang

1．urb 结构体
USB 请求块（USB request block，urb）是USB 设备驱动中用来描述与USB 设备通信所用的基本载体和核心数据结构，非常类似于网络设备驱动中的sk_buff 结构体。

struct urb {
/* 私有的：只能由USB 核心和主机控制器访问的字段 */
struct kref kref; /*urb 引用计数 */
void *hcpriv; /* 主机控制器私有数据 */
atomic_t use_count; /* 并发传输计数 */
u8 reject; /* 传输将失败*/
int unlink; /* unlink 错误码 */
 /* 公共的： 可以被驱动使用的字段 */
 struct list_head urb_list; /* 链表头*/
struct usb_anchor *anchor;
 struct usb_device *dev; /* 关联的USB 设备 */
 struct usb_host_endpoint *ep;
unsigned int pipe; /* 管道信息 */
 int status; /* URB 的当前状态 */
 unsigned int transfer_flags; /* URB_SHORT_NOT_OK | ...*/
 void *transfer_buffer; /* 发送数据到设备或从设备接收数据的缓冲区 */
 dma_addr_t transfer_dma; /*用来以DMA 方式向设备传输数据的缓冲区 */
 int transfer_buffer_length;/*transfer_buffer 或transfer_dma 指向缓冲区的大小 */

 int actual_length; /* URB 结束后，发送或接收数据的实际长度 */
 unsigned char *setup_packet; /* 指向控制URB 的设置数据包的指针*/
 dma_addr_t setup_dma; /*控制URB 的设置数据包的DMA 缓冲区*/
 int start_frame; /*等时传输中用于设置或返回初始帧*/
 int number_of_packets; /*等时传输中等时缓冲区数量 */
 int interval; /* URB 被轮询到的时间间隔（对中断和等时urb 有效） */
 int error_count; /* 等时传输错误数量 */
 void *context; /* completion 函数上下文 */
 usb_complete_t complete; /* 当URB 被完全传输或发生错误时，被调用 */
 /*单个URB 一次可定义多个等时传输时，描述各个等时传输 */
 struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];
};

　　

2．urb 处理流程
USB 设备中的每个端点都处理一个urb 队列，在队列被清空之前，一个urb 的典型生命周期
如下。
（1）被一个USB 设备驱动创建。
创建urb 结构体的函数为：
struct urb *usb_alloc_urb(int iso_packets, int mem_flags);
iso_packets 是这个urb 应当包含的等时数据包的数目，若为0 表示不创建等时数据包。
mem_flags 参数是分配内存的标志，和kmalloc()函数的分配标志参数含义相同。如果分配成功，该函数返回一个urb 结构体指针，否则返回0。
urb 结构体在驱动中不能静态创建，因为这可能破坏USB 核心给urb 使用的引用计数方法。

usb_alloc_urb()的“反函数”为：
void usb_free_urb(struct urb *urb);
该函数用于释放由usb_alloc_urb()分配的urb 结构体。

（2）初始化，被安排给一个特定USB 设备的特定端点。
对于中断urb，使用usb_fill_int_urb()函数来初始化urb，如下所示：
void usb_fill_int_urb(struct urb *urb, struct usb_device *dev,unsigned int pipe, void *transfer_buffer,int buffer_length, usb_complete_t complete,void *context, int interval);
urb 参数指向要被初始化的urb 的指针；dev 指向这个urb 要被发送到的USB 设备；pipe 是这个urb 要被发送到的USB 设备的特定端点；transfer_buffer 是指向发送数据或接收数据的缓冲区的指针，和urb 一样，它也不能是静态缓冲区，必须使用kmalloc()来分配；buffer_length 是transfer_buffer 指针所指向缓冲区的大小；complete 指针指向当这个 urb 完成时被调用的完成处理函数；context 是完成处理函数的“上下文”；interval 是这个urb 应当被调度的间隔。
上述函数参数中的pipe 使用usb_sndintpipe()或usb_rcvintpipe()创建。
对于批量urb，使用usb_fill_bulk_urb()函数来初始化urb，如下所示：
void usb_fill_bulk_urb(struct urb *urb, struct usb_device *dev,unsigned int pipe, void *transfer_buffer,int buffer_length, usb_complete_t complete,void *context);
除了没有对应于调度间隔的interval 参数以外，该函数的参数和usb_fill_int_urb()函数的参数含义相同。
上述函数参数中的pipe 使用usb_sndbulkpipe()或者usb_rcvbulkpipe()函数来创建。

对于控制 urb，使用usb_fill_control_urb()函数来初始化urb，如下所示：
void usb_fill_control_urb(struct urb *urb, struct usb_device *dev,unsigned int pipe, unsigned char *setup_packet,void *transfer_buffer, int buffer_length,usb_complete_t complete, void *context);
除了增加了新的setup_packet 参数以外，该函数的参数和usb_fill_bulk_urb()函数的参数含义相同。setup_packet 参数指向即将被发送到端点的设置数据包。
上述函数参数中的pipe 使用usb_sndctrlpipe()或usb_rcvictrlpipe()函数来创建。

 

（3）被USB 设备驱动提交给USB 核心。
在完成第（1）、（2）步的创建和初始化urb 后，urb 便可以提交给USB 核心，通过usb_submit_urb()函数来完成，如下所示：
int usb_submit_urb(struct urb *urb, int mem_flags);
urb 参数是指向urb 的指针，mem_flags 参数与传递给kmalloc()函数参数的意义相同，它用于告知USB 核心如何在此时分配内存缓冲区。
在提交urb 到USB 核心后，直到完成函数被调用之前，不要访问urb 中的任何成员。

usb_submit_urb()在原子上下文和进程上下文中都可以被调用，mem_flags 变量需根据调用环
境进行相应的设置，如下所示。
GFP_ATOMIC：在中断处理函数、底半部、tasklet、定时器处理函数以及urb 完成函数中，在调用者持有自旋锁或者读写锁时以及当驱动将current→state 修改为非 TASK_RUNNING 时，应使用此标志。
GFP_NOIO：在存储设备的块I/O 和错误处理路径中，应使用此标志；
GFP_KERNEL：如果没有任何理由使用GFP_ATOMIC 和GFP_NOIO，就使用GFP_KERNEL。

如果usb_submit_urb()调用成功，即urb 的控制权被移交给USB 核心，该函数返回0；否则，
返回错误号。
（4）提交由USB 核心指定的USB 主机控制器驱动。
（5）被USB 主机控制器处理，进行一次到USB 设备的传送。
第（4）～（5）步由USB 核心和主机控制器完成，不受USB 设备驱动的控制。
（6）当urb 完成，USB 主机控制器驱动通知USB 设备驱动。

在如下3 种情况下，urb 将结束，urb 完成函数将被调用。
1、urb 被成功发送给设备，并且设备返回正确的确认。如果urb→status 为0，意味着对于一个输出urb，数据被成功发送；对于一个输入urb，请求的数据被成功收到。
2、如果发送数据到设备或从设备接收数据时发生了错误，urb→status 将记录错误值。
3、urb 被从USB 核心“去除连接”，这发生在驱动通过usb_unlink_urb()或usb_kill_urb()函数取消urb，或urb 虽已提交，而USB 设备被拔出的情况下。

当urb 生命结束时（处理完成或被解除链接），通过urb 结构体的status 成员可以获知其原因，
如0 表示传输成功，-ENOENT 表示被usb_kill_urb()杀死，-ECONNRESET 表示被usb_unlink_urb()
杀死，-EPROTO 表示传输中发生了bitstuff 错误或者硬件未能及时收到响应数据包，-ENODEV
表示USB 设备已被移除，-EXDEV 表示等时传输仅完成了一部分等。

对以上urb 的处理步骤进行一个总结，图20.5 给出了一个urb 的整个处理流程，虚线框的usb_unlink_urb()和usb_kill_urb()并非一定会发生，它只是在urb 正在被USB 核心和主机控制器处理时，被驱动程序取消的情况下才发生。