Linux UVC 摄像头知识整理之USB概述

Linux UVC摄像头驱动流程
最近在学习USB摄像头，所谓好记性不如烂笔头，现在将自己所学的东西整理一下。
学习USB摄像头之前，先整理下USB有关概念。
1.  USB 有关知识
USB通信采用主从结构，实现主机控制器和外围设备的通信。
USB主机控制器有UHCI（通用主机控制器接口），OHCI（开放主机控制器接口），EHCI（增强主机控制器接口），USB OTG控制器接口等。
主机控制器内嵌一个根集线器硬件，根集线器是逻辑集线器，多个USB接口共用，端口可以和内部或外部集线器相连，扩展更多，级联下来，可以构成树状。
USB设备传输数据模式有4种：
A：控制传输，用来传输外设和主机之间的控制、状态、配置等信息。
B：批量传输，传输大量时延要求不高的数据。
C：中断传输，传输数据量小，对传输时延敏感，要求立即响应。
D：等时传输，传输实时数据，传输速率预先可知。
USB设备每个可寻址单元称为端点，为每个端点分配的地址称为端点地址，每个端点都有与之相关的传输模式；地址为0的端点专门用来配置设备，控制管道和它相连，完成设备枚举过程。
端点可以沿上行方向发送数据，也可以沿下行方向接收数据，前者称为IN传输，后者称为OUT传输，两者地址空间分开的，所以可以一个IN端点和一个OUT端点可以有相同地址。![USB子系统](https://img-blog.csdn.net/20171009144242409?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvcXFfMzM0MzIxODk=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast)
编写USB驱动程序所用到的数据结构，有如下重要的几个。

usb_device 属于USB子系统，该结构体在内核中代表所驱动的设备。

struct usb_device {
int     devnum;
char        devpath[16];
u32     route;
enum usb_device_state   state;
enum usb_device_speed   speed;

struct usb_tt   *tt;
int     ttport;

unsigned int toggle[2];

struct usb_device *parent;
struct usb_bus *bus;
struct usb_host_endpoint ep0;

struct device dev;

struct usb_device_descriptor descriptor;
struct usb_host_bos *bos;
struct usb_host_config *config;

struct usb_host_config *actconfig;
struct usb_host_endpoint *ep_in[16];
struct usb_host_endpoint *ep_out[16];

char **rawdescriptors;

unsigned short bus_mA;
u8 portnum;
u8 level;

unsigned can_submit:1;
unsigned persist_enabled:1;
unsigned have_langid:1;
unsigned authorized:1;
unsigned authenticated:1;
unsigned wusb:1;
unsigned lpm_capable:1;
unsigned usb2_hw_lpm_capable:1;
unsigned usb2_hw_lpm_besl_capable:1;
unsigned usb2_hw_lpm_enabled:1;
unsigned usb2_hw_lpm_allowed:1;
unsigned usb3_lpm_u1_enabled:1;
unsigned usb3_lpm_u2_enabled:1;
int string_langid;

/* static strings from the device */
char *product;
char *manufacturer;
char *serial;

struct list_head filelist;

int maxchild;

u32 quirks;
atomic_t urbnum;

unsigned long active_duration;

#ifdef CONFIG_PM
unsigned long connect_time;

unsigned do_remote_wakeup:1;
unsigned reset_resume:1;
unsigned port_is_suspended:1;
#endif
struct wusb_dev *wusb_dev;
int slot_id;
enum usb_device_removable removable;
struct usb2_lpm_parameters l1_params;
struct usb3_lpm_parameters u1_params;
struct usb3_lpm_parameters u2_params;
unsigned lpm_disable_count;
};

URB（USB Request Block，USB请求块），USB传输数据机制的核心数据结构，供USB协议栈使用。

struct urb {
/* private: usb core and host controller only fields in the urb */
struct kref kref;       /* reference count of the URB */
void *hcpriv;           /* private data for host controller */
atomic_t use_count;     /* concurrent submissions counter */
atomic_t reject;        /* submissions will fail */
int unlinked;           /* unlink error code */

/* public: documented fields in the urb that can be used by drivers */
struct list_head urb_list;  /* list head for use by the urb's
* current owner */
struct list_head anchor_list;   /* the URB may be anchored */
struct usb_anchor *anchor;
struct usb_device *dev;     /* (in) pointer to associated device */
struct usb_host_endpoint *ep;   /* (internal) pointer to endpoint */
unsigned int pipe;      /* (in)
afed
pipe information */
unsigned int stream_id;     /* (in) stream ID */
int status;         /* (return) non-ISO status */
unsigned int transfer_flags;    /* (in) URB_SHORT_NOT_OK | ...*/
void *transfer_buffer;      /* (in) associated data buffer */
dma_addr_t transfer_dma;    /* (in) dma addr for transfer_buffer */
struct scatterlist *sg;     /* (in) scatter gather buffer list */
int num_mapped_sgs;     /* (internal) mapped sg entries */
int num_sgs;            /* (in) number of entries in the sg list */
u32 transfer_buffer_length; /* (in) data buffer length */
u32 actual_length;      /* (return) actual transfer length */
unsigned char *setup_packet;    /* (in) setup packet (control only) */
dma_addr_t setup_dma;       /* (in) dma addr for setup_packet */
int start_frame;        /* (modify) start frame (ISO) */
int number_of_packets;      /* (in) number of ISO packets */
int interval;           /* (modify) transfer interval
* (INT/ISO) */
int error_count;        /* (return) number of ISO errors */
void *context;          /* (in) context for completion */
usb_complete_t complete;    /* (in) completion routine */
struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];
/* (in) ISO ONLY */
};

URB使用分三个步骤：分配内存，初始化，提交。

和URB相关的管道有关概念：

管道包括：端点地址，传输方向，数据传输模式。

管道是URB重要成员，为USB传输提供地址信息，USB核心提供现成的宏来创建管道。

USB标准定义一系列描述符数据结构来保存设备信息：

设备描述符存放设备普通信息，比如产品ID和设备ID；

配置描述符存放设备配置模式，如设备是总线供电还是自己供电；

接口描述符使得USB能够支持更多功能；

端点描述符存放设备最终的端点信息；

下面贴上一个例子，是书里讲的一个遥控卡的例子。

/* Define these values to match your devices */
#define USB_SKEL_VENDOR_ID  0xABCD
#define USB_SKEL_PRODUCT_ID 0xCDEF

/* table of devices that work with this driver */
static const struct usb_device_id tele_table[] = {
{ USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID) },
{ }                 /* Terminating entry */
};
MODULE_DEVICE_TABLE(usb, tele_table);
...
static struct usb_driver tele_driver = {
.name =     "tele",
.probe =    tele_probe,
.disconnect =   tele_disconnect,
.id_table = tele_table,
};
static int __init tele_init(void){
/*Register with the USB core*/
result = usb_register(&tele_driver);

/*...*/
return 0;
}

static void __exit tele_exit(void){
/*Unregister from the USB core*/
usb_deregister(&tele_driver);
return ;
}
module_init(tele_init);
module_exit(tele_exit);

USB_DEVICE()宏利用提供的厂商ID和产品ID创建usb_divce_id结构体。

MODULE_DEVICE_TABLE()宏把tele_ids记录在模块映像中，一旦有设备插入，驱动就能被加载到内核运行。

暂时整理到这里，以后整理read等其他函数分析。