Linux USB驱动开发—— USB设备基础概念
Posted zqixiao_09
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Linux USB驱动开发—— USB设备基础概念相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
在终端用户看来,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
这些单元之间的关系如下:
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。
1、设备描述符
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 //对于中断传送的端点,此域值的范围为1~255 _ _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。
6、管道
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。
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