linux-usb子系統(tǒng)的核心描述

一、導(dǎo)讀

本文將描述linux-usb子系統(tǒng)的核心，主要分析其核心的初始化流程，文中源碼基于內(nèi)核版本：4.1.15。

linux usb子系統(tǒng)框架的核心位于/drivers/usb/core/目錄中，文件結(jié)構(gòu)如下圖所示：

目錄中各文件功能大致如下：

二、USB核心的初始化

在linux內(nèi)核的啟動(dòng)階段USB模塊最早輸出日志信息如下：

（1）[0.475284]usbcore:registerednewinterfacedriverusbfs
（2）[0.475348]usbcore:registerednewinterfacedriverhub
（3）[0.475400]usbcore:registerednewdevicedriverusb

從上述輸出日志可知：第（1）行表示成功注冊(cè)USB文件系統(tǒng)，且在系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，會(huì)生成對(duì)應(yīng)的/sys/bus/usb/目錄。第（2）行表示成功注冊(cè)USB HUB驅(qū)動(dòng)。第（3）行表明成功注冊(cè)USB通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)，即usb_generic_driver。通常USB設(shè)備都是以設(shè)備的身份先與usb_generic_driver匹配，匹配成功后，會(huì)分裂出接口，當(dāng)對(duì)接口調(diào)用 device_add()后，會(huì)觸發(fā)USB接口和USB驅(qū)動(dòng)的匹配。

USB核心由/drivers/usb/core/usb.c文件描述。該文件以linux內(nèi)核模塊的方式設(shè)計(jì)，使用subsys_initcall(usb_init);將usb核心模塊導(dǎo)出。其中，usb核心的初始化由usb_init()完成，實(shí)現(xiàn)如下：

staticint__initusb_init(void)
{
intretval;
if(usb_disabled()){
pr_info("%s:USBsupportdisabled
",usbcore_name);
return0;
}
usb_init_pool_max();//初始化pool_max參數(shù)

usb_debugfs_init();//初始化usb的調(diào)試文件系統(tǒng)debugfs

usb_acpi_register();//初始化acpi
retval=bus_register(&usb_bus_type);//向linux內(nèi)核注冊(cè)u(píng)sb總線類型
if(retval)
gotobus_register_failed;
//注冊(cè)u(píng)sb通知器
retval=bus_register_notifier(&usb_bus_type,&usb_bus_nb);
if(retval)
gotobus_notifier_failed;
//usb設(shè)備號(hào)初始化
retval=usb_major_init();
if(retval)
gotomajor_init_failed;
//注冊(cè)u(píng)sbfs驅(qū)動(dòng)程序
retval=usb_register(&usbfs_driver);
if(retval)
gotodriver_register_failed;
//初始化usb的devio
retval=usb_devio_init();
if(retval)
gotousb_devio_init_failed;
//初始化usb的hub
retval=usb_hub_init();
if(retval)
gotohub_init_failed;
//注冊(cè)通用usb設(shè)備驅(qū)動(dòng)
retval=usb_register_device_driver(&usb_generic_driver,THIS_MODULE);
if(!retval)
gotoout;

usb_hub_cleanup();
hub_init_failed:
usb_devio_cleanup();
usb_devio_init_failed:
usb_deregister(&usbfs_driver);
driver_register_failed:
usb_major_cleanup();
major_init_failed:
bus_unregister_notifier(&usb_bus_type,&usb_bus_nb);
bus_notifier_failed:
bus_unregister(&usb_bus_type);
bus_register_failed:
usb_acpi_unregister();
usb_debugfs_cleanup();
out:
returnretval;
}

從上述代碼可見(jiàn)，usb_init()中執(zhí)行了如下操作：

（1）判斷l(xiāng)inux內(nèi)核是否開(kāi)啟了對(duì)USB的支持，如果不支持則直接返回。

（2）初始化調(diào)試文件系統(tǒng)關(guān)于usb的目錄和文件：

staticintusb_debugfs_init(void)
{
//創(chuàng)建usb目錄
usb_debug_root=debugfs_create_dir("usb",NULL);
if(!usb_debug_root)
return-ENOENT;
//在usb目錄下創(chuàng)建devices文件
usb_debug_devices=debugfs_create_file("devices",0444,
usb_debug_root,NULL,
&usbfs_devices_fops);
if(!usb_debug_devices)
{
debugfs_remove(usb_debug_root);
usb_debug_root=NULL;
return-ENOENT;
}

return0;
}

（3）初始化usb與acpi相關(guān)的參數(shù)：

（4）向linux內(nèi)核注冊(cè)u(píng)sb總線類型，usb總線類型定義如下：

structbus_typeusb_bus_type={
.name="usb",
.match=usb_device_match,
.uevent=usb_uevent,
};

（5）注冊(cè)u(píng)sb總線通知器

（6）初始化usb主設(shè)備號(hào)：

intusb_major_init(void)
{
interror;
//注冊(cè)u(píng)sb字符設(shè)備
error=register_chrdev(USB_MAJOR,"usb",&usb_fops);
if(error)
printk(KERN_ERR"Unabletogetmajor%dforusbdevices
",
USB_MAJOR);

returnerror;
}

（7）注冊(cè)u(píng)sbfs驅(qū)動(dòng)程序，usbfs以u(píng)sb驅(qū)動(dòng)程序的形式進(jìn)行定義：

structusb_driverusbfs_driver={
.name="usbfs",
.probe=driver_probe,
.disconnect=driver_disconnect,
.suspend=driver_suspend,
.resume=driver_resume,
};

（8）初始化usb的devio，實(shí)質(zhì)上是初始化USB字符設(shè)備，devio用于USB設(shè)備與用戶空間進(jìn)行通信：

int__initusb_devio_init(void)
{
intretval;

retval=register_chrdev_region(USB_DEVICE_DEV,USB_DEVICE_MAX,
"usb_device");
if(retval){
printk(KERN_ERR"Unabletoregisterminorsforusb_device
");
gotoout;
}
cdev_init(&usb_device_cdev,&usbdev_file_operations);
retval=cdev_add(&usb_device_cdev,USB_DEVICE_DEV,USB_DEVICE_MAX);
if(retval){
printk(KERN_ERR"Unabletogetusb_devicemajor%d
",
USB_DEVICE_MAJOR);
gotoerror_cdev;
}
//注冊(cè)u(píng)sbdev_nb通知器
usb_register_notify(&usbdev_nb);
out:
returnretval;

error_cdev:
unregister_chrdev_region(USB_DEVICE_DEV,USB_DEVICE_MAX);
gotoout;
}

（9）初始化usb的hub，hub也是以USB驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)(/drivers/usb/core/hub.c)：

staticstructusb_driverhub_driver={
.name="hub",
.probe=hub_probe,
.disconnect=hub_disconnect,
.suspend=hub_suspend,
.resume=hub_resume,
.reset_resume=hub_reset_resume,
.pre_reset=hub_pre_reset,
.post_reset=hub_post_reset,
.unlocked_ioctl=hub_ioctl,
.id_table=hub_id_table,
.supports_autosuspend=1,
};

intusb_hub_init(void)
{
if(usb_register(&hub_driver)

	

	（10）注冊(cè)通用usb設(shè)備驅(qū)動(dòng)usb_generic_driver，定義如下（/drivers/usb/core/generic.c）：

	
structusb_device_driverusb_generic_driver={
.name="usb",
.probe=generic_probe,
.disconnect=generic_disconnect,
#ifdefCONFIG_PM
.suspend=generic_suspend,
.resume=generic_resume,
#endif
.supports_autosuspend=1,
};


	

	?從前文描述可知：在linux啟動(dòng)過(guò)程中或者是在插入U(xiǎn)SB設(shè)備后，通常USB設(shè)備都是以設(shè)備的身份先與usb_generic_driver匹配，這時(shí)候由.probe指向的generic_peobe()會(huì)執(zhí)行，當(dāng)匹配成功后，會(huì)分裂出接口，當(dāng)對(duì)接口調(diào)用device_add()后，會(huì)觸發(fā)USB接口和USB接口驅(qū)動(dòng)的匹配。

	generic_probe()函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

	
staticintgeneric_probe(structusb_device*udev)
{
interr,c;

/*Chooseandsettheconfiguration.Thisregisterstheinterfaces
*withthedrivercoreandletsinterfacedriversbindtothem.
*/
if(udev->authorized==0)
dev_err(&udev->dev,"Deviceisnotauthorizedforusage
");
else{
//選擇配置
c=usb_choose_configuration(udev);
if(c>=0){
//設(shè)置配置
err=usb_set_configuration(udev,c);
if(err&&err!=-ENODEV){
dev_err(&udev->dev,"can'tsetconfig#%d,error%d
",
c,err);
/*Thisneednotbefatal.Theusercantryto
*setotherconfigurations.*/
}
}
}
/*USBdevicestate==configured...usable*/
usb_notify_add_device(udev);//通知usb設(shè)備添加，對(duì)應(yīng)注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)會(huì)被執(zhí)行。

return0;
}


	

	三、總結(jié)

	本文主要描述linux-usb核心的初始化，usb核心是usb子系統(tǒng)的內(nèi)層，其他的usb模塊都基于這個(gè)內(nèi)層再設(shè)計(jì)。除此之外，著重描述了usb_init()函數(shù)的具體執(zhí)行步驟，如下圖所示：

	

	




	審核編輯：劉清