http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7631900.html
如下图所示，以windows为例，我们插上一个没有USB设备驱动的USB，就会提示你安装驱动程序
1 为什么一插上就会有提示信息？
是因为windows自带了USB总线驱动程序，
2 USB总线驱动程序负责：
识别USB设备；给USB设备找到并安装对应的驱动程序；提供USB的读写函数。
新接入的USB设备的默认地址（编号）为0，再未分配新编号前，PC主机使用0地址和它通信。
然后USB总线驱动程序都会给它分配一个地址（编号）
PC机想访问USB总线上某个USB设备时，发出的命令都含有对应的地址（编号）
USB是一种主从结构。主机叫做Host，从机叫做Device，所有的USB传输，都是从USB主机这方发起；USB设备没有“主动”通知USB主机的能力。
例子：USB鼠标滑动一下立刻产生数据，但是它还没有能力通过OC机来读数据，只能被动地等待PC机来读。
USB可以热拔插的硬件原理
在USB集线器（hub）的每个下游端口的D+和D-上，分别接了一个15K欧姆的下拉电阻到地。这样，在集线器的端口悬空时，就被这两个下拉电阻拉到了低电平。
而在USB设备端，在D+或者D-上接了1.5k欧姆上拉电阻，对于全速和高速设备，上拉电阻是接在D+上；而低速设备则是上拉电阻接在D-上。这样，当设备插入到集线器时，由1.5k的上拉电阻和15k的下拉电阻分呀，结果就将差分数据线中的一条拉高了。集线器检测到这个状态后，它就报告给USB主控制器（或者通过它上一层的集线器报告给USB主控制器），这样就检测到设备的插入了。USB高速设备先是被识别为全速设备，然后通过HOST和DEVICE两者之间的确认，再切换到告诉模式的。在高速模式下，是电流传输模式，这时将D+上的上拉电阻断开。
USB的4大传输类型：
控制传输
是每一个USB设备必须支持的，通常用来获取设备描述符、设置设备的状态等等。一个USB设备从插入到最后的拔出这个过程一定会产生控制传输（即便这个USB设备不能被这个系统支持）。
中断传输
支持中断传输的典型设备有USB鼠标、USB键盘等等。中断传输不是说我的设备真正发出一个中断，然后主机会来读取数据。它其实是一种轮询的方式来完成数据的通信。USB设备会在设备驱动程序中设置一个参数叫做interval，它是endpoint的一个成员。interval是间隔时间的意思，表示我这个设备希望主机多长时间来轮询自己，只要这个值确定了之后，我主机就会周期性来查看有没有数据需要处理
批量处理
支持批量传输最典型的设备就是U盘，它进行大数量的数据传输，能够保证数据的准确性，但是时间不是固定的。
实时传输
USB摄像头就是实时传输设备的典型代表，它同样进行大量数据的传输，数据的准确性无法保证，但是对传输延迟非常敏感，也就是说对实时性要求比较高
USB端点：（相当于我们是通过“嘴”来说话）
USB设备与主机会有若干个通信的“端点”，每个端点都有个端点号，除了端点0外，每一个端点只能工作在一种传输类型（控制传输、中断传输、批量传输、实时传输）下，一个传输方向下
传输方向都是基于USB主机的立场说的，
比如：鼠标的数据是从鼠标传到PC机，对应的端点称为“中断输入端点”
其中端点0是设备的默认控制端点，既能输出也能输入，用于USB设备的识别过程
同样linux内核也自带了USB总线驱动程序，框架乳腺癌：
要想成为一个USB主机，硬件上就必须要有USB主机控制器，USB主机控制器又分为4种接口：
OHCI（Open Host Controller Inerface）：微软主导的低速USB1.0（1.5Mbps）和全速USB1.1（12Mbps），OHCI接口的软件简单，硬件复杂
UHCI（Universal Host Controller Interface）：Intel主导的低速USB1.0（1.5Mbps）和全速USB1.1（12Mbps），而UHCI接口的软件复杂，硬件简单
EHCI（Enhace Host Controller Interface）：高速USB2.0（480Mbps）
xHCI（eXtensible Host Controller Interface）：USB3.0（5.0Gbps），采用了9针脚设针，同时也支持USB2.0、1.1等
接下来进入主题，开始分析USB总线驱动，如何识别USB设备
由于内核自带了USB驱动，所以我们先插入一个USB键盘到开发板上看打印信息
发现以下字段：
如下图，找到第一段话是位于drivers/usb/core/hub.c的第2186行
这个hub其实就是我们的USB主机控制器的集线器，用来管理多个USB接口
1、drivers/usb/core/hub.c的第2186行位于hub_port_init()函数里
它又是被谁调用的呢，如下图所示，我们搜索到它是通过hub_thread（）函数调用的
hub_thread（）函数如下：
static int hub_thread(void *__unused)
{
do {
hub_events(); //执行页次hub时间函数
wait_event_interruptible(khubd_wait,
!list_empty(&hub_event_list) ||
kthread_should_stop());//每次执行一次hub事件，都会进入一次等待事件中断函数
try_to_freeze();
} while (!kthread_should_stop() || !list_empty(&hub_event_list));
pr_debug("%s: khubd exiting\n", usbcore_name);
return 0;
}
从上面函数中得到，要想执行hub_event（），都要等待khubd_wait这个中断唤醒才行
2、我们搜索“khubd_wait”，看看是被谁唤醒
找到该中断在kick_khubd（）函数中唤醒，代码如下：
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);//唤醒khubd_wait这个中断
}
spin_unlock_irqrestore(&hub_event_lock, flags);
}
3、继续搜索kick_khubd，发现被hub_irq（）函数中调用
显然，就是当USB设备插入后，D+ 或 D- 就会被拉高，然后USB主机控制器就会产生一个hub_irq中断
4、接下来我们直接分析hub_port_connect_chage（）函数，如何连接端口的
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）注册usb_device，然后会放在usb总线上
usb_set_device_state(udev, USB_STATE_POWERED);//设置注册的USB设备的状态标识
... ...
choose_address(udev);//（2）给新的设备飞培一个地址编号
status = hub_port_init(hub, udev, port1, i);//（3）初始化端口，与USB设备建立连接
... ...
status = usb_new_device(udev);//（4）创建USB设备，与USB设备驱动连接
}
（usb_device设备结构体参考：https://mp.csdn.net/postedit/81025137）
所以最终流程图如下：
5、我们进入hub_port_connect_change()->usb_alloc_dev()，来看看它是怎么设置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);//分配一个usb_device设备
... ...
device_initialize(&dev->dev);//初始化usb_device
dev->dev.bus = &usb_bus_type;//（1）设置usb_device的成员device->bus等于usb_bus_type总线
dev->dev.type = &usb_device_type;//（2）设置usb_device的成员device->type等于usb_device_type
...
return dev;//返回一个usb_device结构体
}
（1）设置device成员bus，主要是二十小节，注册usb总线的device表上，
其中usb_bus_type是一个全局变量，它和我们之前学的platform平台总线相似，属于USB总线，是Linux中bus的一种。
如下图所示，每当创建一个USB设备，或者USB设备驱动时，USB总线都会调用match成员来匹配一次，使USB设备和USB驱动联系起来。
usb_bus_type结构体如下：
struct bus_type usb_bus_type = {
.name = "usb",//总线名称，存在/sys/bus
.match = usb_device_match,//匹配函数，匹配成功就会调用usb_driver驱动的probe函数成员
.uevent = usb_uevent,//事件函数
.suspend = usb_suspend,//休眠函数
.resume = usb_resume,//唤醒函数
};
6、我们进入hub_port_connect_change（）->choose_address（），来看看它是怎么分配地址编号的
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区间中，循环查找下一个非0（没有设备）的编号
if (devnum >= 128)//若编号大于等于128，说明没有找到空余的地址编号，从头开始找
devnum = find_next_zero_bit(bus->devmap.devicemap, 128, 1);
bus->devnum_next = ( devnum >= 127 ? 1 : devnum + 1);//设置下次寻址的区间+1
if (devnum < 128) {
set_bit(devnum, bus->devmap.devicemap);//设置位
udev->devnum = devnum;
}
}
从上面代码中分析每次的地址编号是连续加的，USB接口最大能接127个设备，我们连续插拔两次USB键盘，可以看出，如下图所示：
7、我们再来看看hub_port_connect_chage（）->hub_port_init（）函数是如何来实现连接USB设备的
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）设置地址，告诉USB设备新的地址编号
if (retval >= 0)
break;
msleep(200);
}
...
retval = usb_get_device_descriptor(udev, 8);//（2）获得USB设备描述符前8个字节
...
retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);//重新获取设备描述符信息
}
（1）hub_set_address（）函数主要是用来告诉USB设备新的地址编号，
hub_set_address（）函数如下：
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) {//设置新的地址，传输完成，返回0
usb_set_device_state(udev, USB_STATE_ADDRESS);//设置状态标志
ep0_reinit(udev);
}
return retval;
}
usb_control_msg（）函数就是用来让USB主机控制器把一个控制报文发给USB设备，如果传输完成就返回0，其中参数udev表示目标设备；使用管道为usb_sndaddr0pipe（），也就是默认的地址0加上控制端点号0；USB_REQ_SET_ADDRESS表示命令码，既设置地址；udev->devnum表示设置目标设备的设备号；允许等待传输完成的时间为5秒，因为USB_CTRL_SET_TIMEOUT定义为5000。
（2）usb_get_device_descriptor（）函数主要是获取目标设备描述符前8个字节，为什么先只开始读取8个字节？是因为开始时还不知道对方说支持的信包容量，这8个字节是每个设备都有的，后面再根据设备的数据，通过usb_get_device_descriptor（）重读一次目标设备的设备描述结构。
其中USB设备描述符结构体如下所示：
/* USB_DT_DEVICE: Device descriptor */
struct usb_device_descriptor {
__u8 bLength; //本描述符的size
__u8 bDescriptorType;//描述符的类型，这里是设备描述符DEVICE
__le16 bcdUSB;//指名usb的版本，比如usb2.0
__u8 bDeviceClass;//类
__u8 bDeviceSubClass;//子类
__u8 bDeviceProtocol;//指定协议
__u8 bMaxPacketSize0;//端点0对应的最大包大小
__le16 idVendor;//厂家ID
__le16 idProduct;//产品ID
__le16 bcdDevice;//设备的发布号
__u8 iManufacturer;//字符串描述符中厂家ID的索引
__u8 iProduct;//字符串描述符中产品ID的索引
__u8 iSerialNumber;//字符串描述符中设备序列号的索引
__u8 bNumConfigurations;//可能的配置的树木
} __attribute__ ((packed));
8、我们来看看hub_port_connect_change（）->usb_new_device（）函数是如何来创建USB设备的
int usb_new_device(struct usb_device *udev)
{
...
err = usb_get_configuration(udev);//（1）获取配置描述块
...
err = device_add(&udev->dev);//（2）把device放入bus的dev链表中，并寻找对应的设备驱动
...
}
（1）其中usb_get_configuration（）函数如下，就是获取各个配置
int usb_get_configuration(struct usb_device *dev)
{
//USB_MAXCONFIG定义为8，表示设备描述块下最多不能超过8个配置描述块
if (ncfg > USB_MAXCONFIG) {//nfs表示 设备描述块下 有多少个配置描述块
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循环，从USB设备里一次读入所有配置描述块
{
length = max((int) le16_to_cpu(desc->wTotalLength),
USB_DT_CONFIG_SIZE);//通过wTotalLength，知道实际数据大小
bigbuffer = kmalloc(length, GFP_KERNEL);//然后分配足够大的空间
...
result = usb_get_descriptor(dev, USB_DT_CONFIG, cfgno,
bigbuffer, length);//在调用一次usb_get_descriptor，把整个配置描述块读出来，放到bifbuffer中
...
dev->rawdescriptors[cfgno] = bigbuffer;//再将bifbuffer地址放在ramdescriptor所指的指针数组中
result = usb_parse_configuration(&dev->dev, cfgno,
&dev->config[cfgno], bigbuffer, length);//最后解析每个配置块
}
}
（2）其中device_add（）函数如下：
int device_add(struct device *dev)
{
...
dev = get_device(dev);//使dev等于usb_device下的device成员
...
if ((error = bus_add_device(dev)))//把这个设备添加带dev->bus的device表中
goto BusError;
...
bus_attach_device(dev);//来匹配对应的驱动程序
}
当bus_attach_device（）函数匹配成功，就会调用驱动的probe函数
9、我们再来看看usb_bus_type这个的成员usb_device_match函数，看看是如何匹配的
usb_device_match函数如下所示：
static int usb_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
if (is_usb_device(dev)) {//判断是不是USB设备
if (!is_usb_device_driver(drv))
return 0;
return 1;
} else { //否则就是USB驱动或者USB设备的接口
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驱动，就不需要匹配，直接return
return 0;
intf = to_usb_interface(dev);//获取USB设备的接口
usb_drv = to_usb_driver(drv);//获取USB驱动
id = usb_match_id(intf, usb_drv->id_table);//匹配USB驱动的成员id_table
if (id)
return 1;
id = usb_match_dynamic_id(intf, usb_drv);
if (id)
return 1;
}
return 0;
}
显然就是匹配USB驱动的id_table
10、那么USB驱动的id_table又该如何定义？
id_table的结构体为usb_device_id，如下所示：
struct usb_device_id {
__u16 match_flags;//与usb设备匹配哪种类型？比较类型的宏如下：
//USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO：用于匹配设备的接口描述符的3个成员
//USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_INFO：用于匹配设备描述符的3个成员
//USB_DEVICE_ID_MATCH_DEVICE_AND_VERSION：用于匹配特定的USB设备的4个成员
//USB_DEVICE_ID_MATCH_DEVICE：用于匹配特定的USB设备的2个成员(idVendor和idProduct)
/* 以下4个用匹配描述特定的USB设备 */
__u16 idVendor; //厂家ID
__u16 idProduct; //产品ID
__u16 bcdDevice_lo; //设备的低版本号
__u16 bcdDevice_hi; //设备的高版本号
/* 以下3个就是用于比较设备描述符 */
__u8 bDeviceClass; //设备类
__u8 bDeviceSubClass;//设备子类
__u8 bDeviceProtocol;//设备协议
/* 以下3个就是用于比较设备的接口描述符的 */
__u8 bInterfaceClass; //接口类型
__u8 bInterfaceSubClass; //接口子类型
__u8 bInterfaceProtocol; //接口所遵循的协议
/* not matched against */
kernel_ulong_t driver_info;
}
（设备描述符接口描述符结构体参考：https://mp.csdn.net/postedit/81025137）
我们参考/drivers/hid/usbhid/usbmouse.c（内核自带的USB鼠标驱动），是如何使用的，如下图所示：
发现它是通过USB_INTERFACE_INFO这个宏定义的，该宏如下所示：
#define USB_INTERFACE_INFO(cl,sc,pr) \
.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, //设置id_table的,match_flags成员
.bInterfaceClass = (cl), \
.bInterfaceSubClass = (sc), .bInterfaceProtocol = (pr)//设置id_table的3个成员，用于匹配USB设备的3个成员
然后将上图的usb_mouse_id_table[]里的3个值代入宏
USB_INTERFACE_INFO(cl,sc,pr)中：
.bInterfaceClass =USB_INTERFACE_CLASS_HID;
//设置匹配USB的接口类型为HID类, 因为USB_INTERFACE_CLASS_HID=0x03
//HID类是属于人机交互的设备,比如:USB键盘,USB鼠标,USB触摸板,USB游戏操作杆都要填入0X03
.bInterfaceSubClass =USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT;
//设置匹配USB的接口子类型为启动设备
.bInterfaceProtocol=USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE;
//设置匹配USB的接口协议为USB鼠标的协议,等于2
//当.bInterfaceProtocol=1也就是USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD时,表示USB键盘的协议
如下图，我们也可以通过windows下也可以找到鼠标的协议号，是1（Col01）：
其中VID：表示厂家（vendor）ID
PID：表示产品（Product）ID
总结：当我们插上USB设备时，系统就会获取USB设备的配置、接口、端点的数据，并创建设备，所以我们的驱动就需要写id_table来匹配该USB设备