11-Linux usb system(descriptor)

題圖：gratisography

Linux usb system(descriptor)

為了更好地描述USB設(shè)備的特征，USB提出了設(shè)備架構(gòu)的概念。從這個角度來看，可以認(rèn)為USB設(shè)備是由一些配置、接口和端點組成，即一個USB設(shè)備可以含有一個或多個配置，在每個配置中可含有一個或多個接口，在每個接口中可含有若干個端點。

這個步驟一般是在設(shè)備接入主機時設(shè)備進行枚舉時完成的這些單元之間的關(guān)系如下：

設(shè)備描述符

解釋說明：

  • USB設(shè)備可以看作提供了多個串口的設(shè)備，依據(jù)USB的規(guī)范，我們將每個串口稱作端點(Endpoint)，要和這個端點通信，我們就要打開到這個端點的連接，這個連接就是管道(Pipe)。
  • 由于一個設(shè)備可能要適應(yīng)多種情況，端點的設(shè)置會有多套，以備使用。端點設(shè)置稱為接口(Interface)。USB設(shè)備展現(xiàn)給我們能夠找到的東西就是這些Interface，我們選擇要用的Interface，就可以找到Endpoint，再打開Endpoint，就可以傳輸數(shù)據(jù)了。
  • 配置和接口是對USB設(shè)備功能的抽象，實際的數(shù)據(jù)傳輸由端點來完成。在使用USB設(shè)備前，必須指明其采用的配置和接口，在驅(qū)動程序開始的時候，需要記錄下這些Interface，一個接口對應(yīng)一個驅(qū)動。
  • 在Linux系統(tǒng)的終端通過輸入lsusb -v，可以看下詳細的描述信息，可以先輸入查看下，熟悉下框架。

描述符的分類如下，除了比標(biāo)準(zhǔn)的描述符外，如果標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類為HID或Hub，可會有對應(yīng)的HID描述符或Hub描述符：

  1. 標(biāo)準(zhǔn)描述符(設(shè)備描述符、配置描述符、字符串描述符、接口描述符、端點描述符、設(shè)備限定描述符、其他速率配置描述符）
  2. HID描述符
  3. Hub描述符

這邊將描述符的主要四個描述符(設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符)進行說明，這四個是必須的，其他描述符是選配。

1.1 設(shè)備描述符

位于/include/linux/usb/ch9.h中，如下：

struct usb_device_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __le16 bcdUSB;
    __u8  bDeviceClass;
    __u8  bDeviceSubClass;
    __u8  bDeviceProtocol;
    __u8  bMaxPacketSize0;
    __le16 idVendor;
    __le16 idProduct;
    __le16 bcdDevice;
    __u8  iManufacturer;
    __u8  iProduct;
    __u8  iSerialNumber;
    __u8  bNumConfigurations;
}
Device Descriptor

各字段含義：

  • bLength： 表示描述符的長度，對于設(shè)備描述符來說，其值為18，即0x12。
  • bDescriptorType： 描述符類型，對應(yīng)表1中的值，設(shè)備描述符為0x01。
  • bcdUSB：該設(shè)備遵循的USB版本號，以BCD碼表示，USB1.1為0x0101，USB2.0為0x0200。
  • bDeviceClass：該設(shè)備所屬的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類，USB協(xié)議中對常見的設(shè)備進行了分類。該字段值為0x01~0xFE時，表示是USB協(xié)議中已定義的設(shè)備類，常用的HID設(shè)備類編號為0x03，其它設(shè)備類編號參考：http://www.usb.org/developers/defined_class
  • bDeviceProtocol：用于表示USB設(shè)備類所采用的設(shè)備類協(xié)議，其值和bDeviceClass和
    bDeviceSubClass有關(guān)。當(dāng)此字段為0時，表示不使用任何設(shè)備類協(xié)議。如果該USB設(shè)備屬于某個設(shè)
    備類和設(shè)備子類，則應(yīng)該繼續(xù)指明所采用的設(shè)備類協(xié)議。當(dāng)該字段為0xFF時，表明設(shè)備類協(xié)議由供應(yīng)商自定義。
  • bMaxPacketSize0：用于表示在USB設(shè)備中，端點0所支持最大數(shù)據(jù)包的長度，它以字節(jié)為單位。對于低速USB設(shè) 備，bMaxPacketSize0為8；對于全速USB設(shè)備，bMaxPacketSize0為8、16、32、64；對于高速USB設(shè) 備，bMaxPacketSize0為64。
  • IdVendor：用于表示USB設(shè)備供應(yīng)商的ID。USB組織中規(guī)定每種產(chǎn)品都必須包含一個供應(yīng)商ID,這樣可以使主機加載合適的驅(qū)動程序。
  • idProduct：用于表示USB產(chǎn)品的ID,由設(shè)備供應(yīng)商提供。idProduct用于表示特定的USB設(shè)備，在USB設(shè)備上電的時候可以幫助USB主機選擇合適的驅(qū)動程序。
  • bcdDevice：用于表示USB設(shè)備的版本號，它以BCD碼的形式表示。一般來說bcdDevcie由設(shè)備供應(yīng)商指定，在USB設(shè)備上電的時候可以幫助USB主機選擇合適的驅(qū)動程序。
  • iManufacturer：用于表示供應(yīng)商字符串描述符的索引值。具體字符串的內(nèi)容在后面字符串描述符中定義。如果沒有供應(yīng)商字符串，可以置0。
  • iSerialNumber：用于表示設(shè)備序列號字符串描述符的索引值，如果沒有，可以置為0。
  • bNumConfigurations：用于表示該USB設(shè)備所支持的配置數(shù)。

1.2 配置描述符

位于/include/linux/usb/ch9.h中，如下：

struct usb_config_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __le16 wTotalLength;
    __u8  bNumInterfaces;
    __u8  bConfigurationValue;
    __u8  iConfiguration;
    __u8  bmAttributes;
    __u8  bMaxPower;
}
Configuration Descriptor

各個字段含義：

  • bLength：用于表示配置描述符的長度，固定為9個字節(jié)，即0x09。
  • bDescriptorType：用于表示配置描述符的類型值，固定為0x02。
  • wTotalLength：用于表示配置信息的總長度，包括配置描述符、接口描述符、端點描述符長度的總和。
  • bNumInterfaces：用于表示配置所支持的接口數(shù)。一般來說，USB設(shè)備的接口至少有一個，因此其最小值為1。
  • bConfigurationValue：用于表示USB設(shè)備的配置值。
  • iConfiguration：用于指出配置字符串描述符的索引值。具體字符串的內(nèi)容在后面字符串描述符中定義。如果沒有配置字符串，可以置為0。
  • bmAttributes：用于表示USB設(shè)備特性。bmAttributes是接位尋址的，第6位置1表示使用總線電源；第5位置1表示支持遠程喚醒功能；該字段其他位均保留，一般來說，第0～4位置0即可，第7位置1即可。
  • bMaxPower：用于表示USB設(shè)備運行時所需要消耗的總線電流，單位以2mA為基準(zhǔn)。USB設(shè)備可以從USB總線上獲得最大的電流為500mA，因此bMaxPower字段的最大值可以設(shè)置為250。

1.3 接口描述符

位于/include/linux/usb/ch9.h中，如下：

struct usb_interface_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __u8  bInterfaceNumber;
    __u8  bAlternateSetting;
    __u8  bNumEndpoints;
    __u8  bInterfaceClass;
    __u8  bInterfaceSubClass;
    __u8  bInterfaceProtocol;
    __u8  iInterface;
}
Interface Descriptor

各字段含義：

  • bLength：用于表示接口描述符的長度．固定為9字節(jié)，即0x07。
  • bDescriptorType： 用于表示接口描述符的類型值．固定為0x04。
  • bInterfaceNumber：用于表示該接口的編號。
  • bAlternateSetting：用于為上一個字段選擇可供替換的位置．即備用的接口描述符標(biāo)號。
  • bNumEndpoints：使用的端點數(shù)目．端點0除外。
  • bInterfaceClass：類型代碼(由USB分配)。
  • bInerfaceSubclass：子類型代碼(由USB分配)。
  • bInterfaceProtocol：協(xié)議代碼(由USB分配)。
  • iInterface：字符串描述符的索引。

1.4 端點描述符

位于/include/linux/usb/ch9.h中，如下：

struct usb_endpoint_descriptor {
    __u8  bLength;
    __u8  bDescriptorType;

    __u8  bEndpointAddress;
    __u8  bmAttributes;
    __le16 wMaxPacketSize;
    __u8  bInterval;

    /* NOTE:  these two are _only_ in audio endpoints. */
    /* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. */
    __u8  bRefresh;
    __u8  bSynchAddress;
}
Endpoint Descriptor

各字段含義：

  • bLength：用于表示端點描述符的長度，固定為7字節(jié)，即0x07。
  • bDescriptorType：用于表示接口描述符的類型值，固定為0x05。
  • bEndpointAddress：用于表示端點的端點號以及端點的數(shù)據(jù)傳輸方向。第七位表示端點的數(shù)據(jù)傳輸方向，0表示OUT數(shù)據(jù)傳輸，1表示IN數(shù)據(jù)傳輸；第0～位表示端點號，例如001B表示端點1、010B表示端點2；其余位均保留，必須置0。
  • bmAttributes：用于表示端點的特性。其中第0位和第1位表示端點的數(shù)據(jù)傳輸類型，00B表示控制傳輸、01B表示同步傳輸、10B表示塊傳輸、11B表示中斷傳輸；如果是同步傳輸，第2位和第3位表示同步類型，00B表示非同步、01B表示異步、10B表示自適應(yīng)、11B表示同步；第4、5 位表示端點的用法類型，00B表示數(shù)據(jù)端點、01B表示顯示反饋端點、10B表示隱匿反饋端點、11B保留。其余位保留。
  • wMaxPacketSize：用于表示端點所支持最大數(shù)據(jù)包的長度。其中第0～10位表示數(shù)據(jù)包的長度，第11位和12位指出每小幀最多傳輸?shù)氖聞?wù)數(shù)，其余位均保留，必須置0。
  • bInterval：用于指定端點數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑L問間隔。低速中斷端點，取值范圍為10～255，對應(yīng)的訪問間隔為10～255ms；對于全速中斷端點，取值范圍為1～255，對應(yīng)的訪問間隔為1～255ms；對于其他端點，可以參閱USB相關(guān)協(xié)議。

1.5 USB端點分類

USB 通訊的最基本形式是通過端點。一個USB端點只能向一個方向傳輸數(shù)據(jù)(從主機到設(shè)備(稱為輸出端點)或者從設(shè)備到主機(稱為輸入端點)),端點可被看作一個單向的管道。

USB 端點有 4 種不同類型, 分別具有不同的數(shù)據(jù)傳送方式：

1.控制CONTROL

控制端點被用來控制對USB設(shè)備的不同部分訪問.通常用作配置設(shè)備、獲取設(shè)備信息、發(fā)送命令到設(shè)備或獲取設(shè)備狀態(tài)報告。這些端點通常較小。每個USB設(shè)備都有一個控制端點稱為"端點 0", 被 USB 核心用來在插入時配置設(shè)備。USB協(xié)議保證總有足夠的帶寬留給控制端點傳送數(shù)據(jù)到設(shè)備。

2.中斷INTERRUPT

每當(dāng) USB 主機向設(shè)備請求數(shù)據(jù)時，中斷端點以固定的速率傳送小量的數(shù)據(jù)。此為USB鍵盤和鼠標(biāo)的主要的數(shù)據(jù)傳送方法。它還用以傳送數(shù)據(jù)到USB設(shè)備來控制設(shè)備。通常不用來傳送大量數(shù)據(jù)。USB協(xié)議保證總有足夠的帶寬留給中斷端點傳送數(shù)據(jù)到設(shè)備。

3.批量BULK

批量端點用以傳送大量數(shù)據(jù)，這些端點通常比中斷端點大得多，它們普遍用于不能有任何數(shù)據(jù)丟失的情況。USB協(xié)議不保證傳輸在特定時間范圍內(nèi)完成。如果總線上沒有足夠的空間來發(fā)送整個BULK包，它被分為多個包進行傳輸。這些端點普遍用于打印機、USB Storage和USB網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。

4.等時ISOCHRONOUS

等時端點也批量傳送大量數(shù)據(jù),但是這個數(shù)據(jù)不被保證能送達。這些端點用在可以處理數(shù)據(jù)丟失的設(shè)備中，并且更多依賴于保持持續(xù)的數(shù)據(jù)流。如音頻和視頻設(shè)備等等?？刂坪团慷它c用于異步數(shù)據(jù)傳送，而中斷和等時端點是周期性的。這意味著這些端點被設(shè)置來在固定的時間連續(xù)傳送數(shù)據(jù)，USB 核心為它們保留了相應(yīng)的帶寬。

Linux usb system(descriptor)的分析就到這邊，有感悟時會持續(xù)會更新。

注：以上內(nèi)容都是本人在學(xué)習(xí)過程積累的一些心得，難免會有參考到其他文章的一些知識，如有侵權(quán)，請及時通知我，我將及時刪除或標(biāo)注內(nèi)容出處，如有錯誤之處也請指出，進行探討學(xué)習(xí)。文章只是起一個引導(dǎo)作用，詳細的數(shù)據(jù)解析內(nèi)容還請查看Linux相關(guān)教程，感謝您的查閱。

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