http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7631900.html
如下圖所示，以windows為例，我們插上一個沒有USB裝置驅動的USB，就會提示你安裝驅動程式
1 為什麼一插上就會有提示資訊？
是因為windows自帶了USB總線驅動程式，
2 USB總線驅動程式負責：
識别USB裝置；給USB裝置找到并安裝對應的驅動程式；提供USB的讀寫函數。
新接入的USB裝置的預設位址（編号）為0，再未配置設定新編号前，PC主機使用0位址和它通信。
然後USB總線驅動程式都會給它配置設定一個位址（編号）
PC機想通路USB總線上某個USB裝置時，發出的指令都含有對應的位址（編号）
USB是一種主從結構。主機叫做Host，從機叫做Device，所有的USB傳輸，都是從USB主機這方發起；USB裝置沒有“主動”通知USB主機的能力。
例子：USB滑鼠滑動一下立刻産生資料，但是它還沒有能力通過OC機來讀資料，隻能被動地等待PC機來讀。
USB可以熱拔插的硬體原理
在USB集線器（hub）的每個下遊端口的D+和D-上，分别接了一個15K歐姆的下拉電阻到地。這樣，在集線器的端口懸空時，就被這兩個下拉電阻拉到了低電平。
而在USB裝置端，在D+或者D-上接了1.5k歐姆上拉電阻，對于全速和高速裝置，上拉電阻是接在D+上；而低速裝置則是上拉電阻接在D-上。這樣，當裝置插入到集線器時，由1.5k的上拉電阻和15k的下拉電阻分呀，結果就将差分資料線中的一條拉高了。集線器檢測到這個狀态後，它就報告給USB主要制器（或者通過它上一層的集線器報告給USB主要制器），這樣就檢測到裝置的插入了。USB高速裝置先是被識别為全速裝置，然後通過HOST和DEVICE兩者之間的确認，再切換到告訴模式的。在高速模式下，是電流傳輸模式，這時将D+上的上拉電阻斷開。
USB的4大傳輸類型：
控制傳輸
是每一個USB裝置必須支援的，通常用來擷取裝置描述符、設定裝置的狀态等等。一個USB裝置從插入到最後的拔出這個過程一定會産生控制傳輸（即便這個USB裝置不能被這個系統支援）。
中斷傳輸
支援中斷傳輸的典型裝置有USB滑鼠、USB鍵盤等等。中斷傳輸不是說我的裝置真正發出一個中斷，然後主機會來讀取資料。它其實是一種輪詢的方式來完成資料的通信。USB裝置會在裝置驅動程式中設定一個參數叫做interval，它是endpoint的一個成員。interval是間隔時間的意思，表示我這個裝置希望主機多長時間來輪詢自己，隻要這個值确定了之後，我主機就會周期性來檢視有沒有資料需要處理
批量處理
支援批量傳輸最典型的裝置就是U盤，它進行大數量的資料傳輸，能夠保證資料的準确性，但是時間不是固定的。
實時傳輸
USB攝像頭就是實時傳輸裝置的典型代表，它同樣進行大量資料的傳輸，資料的準确性無法保證，但是對傳輸延遲非常敏感，也就是說對實時性要求比較高
USB端點：（相當于我們是通過“嘴”來說話）
USB裝置與主機會有若幹個通信的“端點”，每個端點都有個端點号，除了端點0外，每一個端點隻能工作在一種傳輸類型（控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸、實時傳輸）下，一個傳輸方向下
傳輸方向都是基于USB主機的立場說的，
比如：滑鼠的資料是從滑鼠傳到PC機，對應的端點稱為“中斷輸入端點”
其中端點0是裝置的預設控制端點，既能輸出也能輸入，用于USB裝置的識别過程
同樣linux核心也自帶了USB總線驅動程式，架構乳腺癌：
要想成為一個USB主機，硬體上就必須要有USB主機控制器，USB主機控制器又分為4種接口：
OHCI（Open Host Controller Inerface）：微軟主導的低速USB1.0（1.5Mbps）和全速USB1.1（12Mbps），OHCI接口的軟體簡單，硬體複雜
UHCI（Universal Host Controller Interface）：Intel主導的低速USB1.0（1.5Mbps）和全速USB1.1（12Mbps），而UHCI接口的軟體複雜，硬體簡單
EHCI（Enhace Host Controller Interface）：高速USB2.0（480Mbps）
xHCI（eXtensible Host Controller Interface）：USB3.0（5.0Gbps），采用了9針腳設針，同時也支援USB2.0、1.1等
接下來進入主題，開始分析USB總線驅動，如何識别USB裝置
由于核心自帶了USB驅動，是以我們先插入一個USB鍵盤到開發闆上看列印資訊
發現以下字段：
如下圖，找到第一段話是位于drivers/usb/core/hub.c的第2186行
這個hub其實就是我們的USB主機控制器的集線器，用來管理多個USB接口
1、drivers/usb/core/hub.c的第2186行位于hub_port_init()函數裡
它又是被誰調用的呢，如下圖所示，我們搜尋到它是通過hub_thread（）函數調用的
hub_thread（）函數如下：
static int hub_thread(void *__unused)
{
do {
hub_events(); //執行頁次hub時間函數
wait_event_interruptible(khubd_wait,
!list_empty(&hub_event_list) ||
kthread_should_stop());//每次執行一次hub事件，都會進入一次等待事件中斷函數
try_to_freeze();
} while (!kthread_should_stop() || !list_empty(&hub_event_list));
pr_debug("%s: khubd exiting\n", usbcore_name);
return 0;
}
從上面函數中得到，要想執行hub_event（），都要等待khubd_wait這個中斷喚醒才行
2、我們搜尋“khubd_wait”，看看是被誰喚醒
找到該中斷在kick_khubd（）函數中喚醒，代碼如下：
static void kick_khubd(struct usb_hub *hub)
{
unsigned long flags;
/* Suppress autosuspend until khubd runs */
to_usb_interface(hub->intfdev)->pm_usage_cnt = 1;
spin_lock_irqsave(&hub_event_lock, flags);
if (list_empty(&hub->event_list)) {
list_add_tail(&hub->event_list, &hub_event_list);
wake_up(&khubd_wait);//喚醒khubd_wait這個中斷
}
spin_unlock_irqrestore(&hub_event_lock, flags);
}
3、繼續搜尋kick_khubd，發現被hub_irq（）函數中調用
顯然，就是當USB裝置插入後，D+ 或 D- 就會被拉高，然後USB主機控制器就會産生一個hub_irq中斷
4、接下來我們直接分析hub_port_connect_chage（）函數，如何連接配接端口的
static void hub_port_connect_change(struct usb_hub *hub, int port1,
u16 portstatus, u16 portchange)
{
... ...
udev = usb_alloc_dev(hdev, hdev->bus, port1);//（1）注冊usb_device，然後會放在usb總線上
usb_set_device_state(udev, USB_STATE_POWERED);//設定注冊的USB裝置的狀态辨別
... ...
choose_address(udev);//（2）給新的裝置飛培一個位址編号
status = hub_port_init(hub, udev, port1, i);//（3）初始化端口，與USB裝置建立連接配接
... ...
status = usb_new_device(udev);//（4）建立USB裝置，與USB裝置驅動連接配接
}
（usb_device裝置結構體參考：https://mp.csdn.net/postedit/81025137）
是以最終流程圖如下：
5、我們進入hub_port_connect_change()->usb_alloc_dev()，來看看它是怎麼設定usb_device的
struct usb_device * usb_alloc_dev(struct usb_device *parent, struct usb_bus *bus, unsigned port1)
{
struct usb_device *dev;
dev = kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);//配置設定一個usb_device裝置
... ...
device_initialize(&dev->dev);//初始化usb_device
dev->dev.bus = &usb_bus_type;//（1）設定usb_device的成員device->bus等于usb_bus_type總線
dev->dev.type = &usb_device_type;//（2）設定usb_device的成員device->type等于usb_device_type
...
return dev;//傳回一個usb_device結構體
}
（1）設定device成員bus，主要是二十小節，注冊usb總線的device表上，
其中usb_bus_type是一個全局變量，它和我們之前學的platform平台總線相似，屬于USB總線，是Linux中bus的一種。
如下圖所示，每當建立一個USB裝置，或者USB裝置驅動時，USB總線都會調用match成員來比對一次，使USB裝置和USB驅動聯系起來。
usb_bus_type結構體如下：
struct bus_type usb_bus_type = {
.name = "usb",//總線名稱，存在/sys/bus
.match = usb_device_match,//比對函數，比對成功就會調用usb_driver驅動的probe函數成員
.uevent = usb_uevent,//事件函數
.suspend = usb_suspend,//休眠函數
.resume = usb_resume,//喚醒函數
};
6、我們進入hub_port_connect_change（）->choose_address（），來看看它是怎麼配置設定位址編号的
static void choose_address(struct usb_device *udev)
{
int devnum;
struct usb_bus *bus = udev->bus;
devnum = find_next_zero_bit(bus->devmap.devicemap, 128,bus->devnum_next);//在bus->devnum_next~128區間中，循環查找下一個非0（沒有裝置）的編号
if (devnum >= 128)//若編号大于等于128，說明沒有找到空餘的位址編号，從頭開始找
devnum = find_next_zero_bit(bus->devmap.devicemap, 128, 1);
bus->devnum_next = ( devnum >= 127 ? 1 : devnum + 1);//設定下次尋址的區間+1
if (devnum < 128) {
set_bit(devnum, bus->devmap.devicemap);//設定位
udev->devnum = devnum;
}
}
從上面代碼中分析每次的位址編号是連續加的，USB接口最大能接127個裝置，我們連續插拔兩次USB鍵盤，可以看出，如下圖所示：
7、我們再來看看hub_port_connect_chage（）->hub_port_init（）函數是如何來實作連接配接USB裝置的
static int hub_port_init (struct usb_hub *hub, struct usb_device *udev, int port1,
int retry_counter)
{...
for (j = 0; j < SET_ADDRESS_TRIES; ++j)
{
retval = hub_set_address(udev);//（1）設定位址，告訴USB裝置新的位址編号
if (retval >= 0)
break;
msleep(200);
}
...
retval = usb_get_device_descriptor(udev, 8);//（2）獲得USB裝置描述符前8個位元組
...
retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);//重新擷取裝置描述符資訊
}
（1）hub_set_address（）函數主要是用來告訴USB裝置新的位址編号，
hub_set_address（）函數如下：
static int hub_set_address(struct usb_device *udev)
{
int retval;
retval = usb_control_msg(udev, usb_sndaddr0pipe(),//（1）
USB_REQ_SET_ADDRESS, 0, udev->devnum, 0,
NULL, 0, USB_CTRL_SET_TIMEOUT);
if (retval == 0) {//設定新的位址，傳輸完成，傳回0
usb_set_device_state(udev, USB_STATE_ADDRESS);//設定狀态标志
ep0_reinit(udev);
}
return retval;
}
usb_control_msg（）函數就是用來讓USB主機控制器把一個控制封包發給USB裝置，如果傳輸完成就傳回0，其中參數udev表示目标裝置；使用管道為usb_sndaddr0pipe（），也就是預設的位址0加上控制端點号0；USB_REQ_SET_ADDRESS表示指令碼，既設定位址；udev->devnum表示設定目标裝置的裝置号；允許等待傳輸完成的時間為5秒，因為USB_CTRL_SET_TIMEOUT定義為5000。
（2）usb_get_device_descriptor（）函數主要是擷取目标裝置描述符前8個位元組，為什麼先隻開始讀取8個位元組？是因為開始時還不知道對方說支援的信包容量，這8個位元組是每個裝置都有的，後面再根據裝置的資料，通過usb_get_device_descriptor（）重讀一次目标裝置的裝置描述結構。
其中USB裝置描述符結構體如下所示：
/* USB_DT_DEVICE: Device descriptor */
struct usb_device_descriptor {
__u8 bLength; //本描述符的size
__u8 bDescriptorType;//描述符的類型，這裡是裝置描述符DEVICE
__le16 bcdUSB;//指名usb的版本，比如usb2.0
__u8 bDeviceClass;//類
__u8 bDeviceSubClass;//子類
__u8 bDeviceProtocol;//指定協定
__u8 bMaxPacketSize0;//端點0對應的最大包大小
__le16 idVendor;//廠家ID
__le16 idProduct;//産品ID
__le16 bcdDevice;//裝置的釋出号
__u8 iManufacturer;//字元串描述符中廠家ID的索引
__u8 iProduct;//字元串描述符中産品ID的索引
__u8 iSerialNumber;//字元串描述符中裝置序列号的索引
__u8 bNumConfigurations;//可能的配置的樹木
} __attribute__ ((packed));
8、我們來看看hub_port_connect_change（）->usb_new_device（）函數是如何來建立USB裝置的
int usb_new_device(struct usb_device *udev)
{
...
err = usb_get_configuration(udev);//（1）擷取配置描述塊
...
err = device_add(&udev->dev);//（2）把device放入bus的dev連結清單中，并尋找對應的裝置驅動
...
}
（1）其中usb_get_configuration（）函數如下，就是擷取各個配置
int usb_get_configuration(struct usb_device *dev)
{
//USB_MAXCONFIG定義為8，表示裝置描述塊下最多不能超過8個配置描述塊
if (ncfg > USB_MAXCONFIG) {//nfs表示 裝置描述塊下 有多少個配置描述塊
dev_warn(ddev, "too many configurations: %d, "
"using maximum allowed: %d\n", ncfg, USB_MAXCONFIG);
dev->descriptor.bNumConfigurations = ncfg = USB_MAXCONFIG;
}
for (cfgno = 0; cfgno < ncfg; cfgno++) //for循環，從USB裝置裡一次讀入所有配置描述塊
{
length = max((int) le16_to_cpu(desc->wTotalLength),
USB_DT_CONFIG_SIZE);//通過wTotalLength，知道實際資料大小
bigbuffer = kmalloc(length, GFP_KERNEL);//然後配置設定足夠大的空間
...
result = usb_get_descriptor(dev, USB_DT_CONFIG, cfgno,
bigbuffer, length);//在調用一次usb_get_descriptor，把整個配置描述塊讀出來，放到bifbuffer中
...
dev->rawdescriptors[cfgno] = bigbuffer;//再将bifbuffer位址放在ramdescriptor所指的指針數組中
result = usb_parse_configuration(&dev->dev, cfgno,
&dev->config[cfgno], bigbuffer, length);//最後解析每個配置塊
}
}
（2）其中device_add（）函數如下：
int device_add(struct device *dev)
{
...
dev = get_device(dev);//使dev等于usb_device下的device成員
...
if ((error = bus_add_device(dev)))//把這個裝置添加帶dev->bus的device表中
goto BusError;
...
bus_attach_device(dev);//來比對對應的驅動程式
}
當bus_attach_device（）函數比對成功，就會調用驅動的probe函數
9、我們再來看看usb_bus_type這個的成員usb_device_match函數，看看是如何比對的
usb_device_match函數如下所示：
static int usb_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
if (is_usb_device(dev)) {//判斷是不是USB裝置
if (!is_usb_device_driver(drv))
return 0;
return 1;
} else { //否則就是USB驅動或者USB裝置的接口
struct usb_interface *intf;
struct usb_driver *usb_drv;
const struct usb_device_id *id;
if (is_usb_device_driver(drv))//如果是USB驅動，就不需要比對，直接return
return 0;
intf = to_usb_interface(dev);//擷取USB裝置的接口
usb_drv = to_usb_driver(drv);//擷取USB驅動
id = usb_match_id(intf, usb_drv->id_table);//比對USB驅動的成員id_table
if (id)
return 1;
id = usb_match_dynamic_id(intf, usb_drv);
if (id)
return 1;
}
return 0;
}
顯然就是比對USB驅動的id_table
10、那麼USB驅動的id_table又該如何定義？
id_table的結構體為usb_device_id，如下所示：
struct usb_device_id {
__u16 match_flags;//與usb裝置比對哪種類型？比較類型的宏如下：
//USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO：用于比對裝置的接口描述符的3個成員
//USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_INFO：用于比對裝置描述符的3個成員
//USB_DEVICE_ID_MATCH_DEVICE_AND_VERSION：用于比對特定的USB裝置的4個成員
//USB_DEVICE_ID_MATCH_DEVICE：用于比對特定的USB裝置的2個成員(idVendor和idProduct)
/* 以下4個用比對描述特定的USB裝置 */
__u16 idVendor; //廠家ID
__u16 idProduct; //産品ID
__u16 bcdDevice_lo; //裝置的低版本号
__u16 bcdDevice_hi; //裝置的高版本号
/* 以下3個就是用于比較裝置描述符 */
__u8 bDeviceClass; //裝置類
__u8 bDeviceSubClass;//裝置子類
__u8 bDeviceProtocol;//裝置協定
/* 以下3個就是用于比較裝置的接口描述符的 */
__u8 bInterfaceClass; //接口類型
__u8 bInterfaceSubClass; //接口子類型
__u8 bInterfaceProtocol; //接口所遵循的協定
/* not matched against */
kernel_ulong_t driver_info;
}
（裝置描述符接口描述符結構體參考：https://mp.csdn.net/postedit/81025137）
我們參考/drivers/hid/usbhid/usbmouse.c（核心自帶的USB滑鼠驅動），是如何使用的，如下圖所示：
發現它是通過USB_INTERFACE_INFO這個宏定義的，該宏如下所示：
#define USB_INTERFACE_INFO(cl,sc,pr) \
.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, //設定id_table的,match_flags成員
.bInterfaceClass = (cl), \
.bInterfaceSubClass = (sc), .bInterfaceProtocol = (pr)//設定id_table的3個成員，用于比對USB裝置的3個成員
然後将上圖的usb_mouse_id_table[]裡的3個值代入宏
USB_INTERFACE_INFO(cl,sc,pr)中：
.bInterfaceClass =USB_INTERFACE_CLASS_HID;
//設定比對USB的接口類型為HID類, 因為USB_INTERFACE_CLASS_HID=0x03
//HID類是屬于人機互動的裝置,比如:USB鍵盤,USB滑鼠,USB觸摸闆,USB遊戲操作杆都要填入0X03
.bInterfaceSubClass =USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT;
//設定比對USB的接口子類型為啟動裝置
.bInterfaceProtocol=USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE;
//設定比對USB的接口協定為USB滑鼠的協定,等于2
//當.bInterfaceProtocol=1也就是USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD時,表示USB鍵盤的協定
如下圖，我們也可以通過windows下也可以找到滑鼠的協定号，是1（Col01）：
其中VID：表示廠家（vendor）ID
PID：表示産品（Product）ID
總結：當我們插上USB裝置時，系統就會擷取USB裝置的配置、接口、端點的資料，并建立裝置，是以我們的驅動就需要寫id_table來比對該USB裝置