《Linux那些事儿之我是USB》我是U盘（15）冬天来了，春天还会远吗？（一）

文章由LinuxBoy分享于2019-03-24 07:03:52热评（617）

《Linux那些事儿之我是USB》我是U盘（15）冬天来了，春天还会远吗？（一）

在整个usb-storage模块的代码中，其最灵魂的部分在一个叫做usb_stor_control_thread()的函数中，而那也自然是我们整个故事的高潮。这个函数的调用有一些特殊，是从usb_stor_acquire_resources()函数进入的，而后者我们即将遇到，它在整部戏中只出现过一次，即storage_probe中，行号为1005的地方。

然而在此之前，有四个函数挡在我们面前，它们就是get_device_info，get_transport，get_protocol，get_pipes。如我前面所说，两个人要走到一起，首先要了解彼此，这四个函数就是让驱动去认识设备的。这一点我们从名字上也能看出来。驱动需要知道设备的名字，所以有了get_device_info，驱动需要知道设备是哪一种类型，写代码的人把这些工作分配给了get_transport，get_protocol和get_pipes。

实际上，这四个函数，加上之前刚说过的associate_dev()函数，是整个故事中最平淡最枯燥的部分，第一次读这部分代码总让人困惑，怎么没看见一点USB数据通信？完全没有看到USB主机和USB设备是如何在交流的，这是USB吗？这几个函数应该说是给后面做铺垫，红花总要有绿叶配，没有这段代码的铺垫，到了后面USB设备恐怕也无法正常工作吧。不过，一个好消息是，这几个函数我们只会遇见这一次，它们在整个故事中就这么一次露脸的机会，像我们每个人的青春，只有一次，无法回头。所以，让我们享受这段平淡无奇的代码吧。

get_device_info，这个函数定义于drivers/usb/storage/usb.c中：

488 /* Get the unusual_devs entries and the stringdescriptors */

489 static int get_device_info(struct us_data *us,const struct usb_device_id *id)

490 {

491 struct usb_device *dev =us->pusb_dev;

492 structusb_interface_descriptor *idesc =

493 &us->pusb_intf->cur_altsetting->desc;

494 struct us_unusual_dev *unusual_dev= find_unusual(id);

495

496 /*Store the entries */

497 us->unusual_dev= unusual_dev;

498 us->subclass= (unusual_dev->useProtocol == US_SC_DEVICE) ?

499 idesc->bInterfaceSubClass:

500 unusual_dev->useProtocol;

501 us->protocol= (unusual_dev->useTransport == US_PR_DEVICE) ?

502 idesc->bInterfaceProtocol :

503 unusual_dev->useTransport;

504 us->flags =USB_US_ORIG_FLAGS(id->driver_info);

505

506 if(us->flags & US_FL_IGNORE_DEVICE) {

507 printk(KERN_INFO USB_STORAGE "deviceignored\n");

508 return -ENODEV;

509 }

510

511 /*

512 * This flag is onlyneeded when we're in high-speed, so let's

513 * disable it if we're in full-speed

514 */

515 if(dev->speed != USB_SPEED_HIGH)

516 us->flags&= ~US_FL_GO_SLOW;

517

518 /* Log a message if a non-genericunusual_dev entry contains an

519 * unnecessary subclass or protocol override. This may stimulate

520 * reports from users that will help usremove unneeded entries

521 * from the unusual_devs.h table.

522 */

523 if(id->idVendor || id->idProduct) {

524 static const char * msgs[3] = {

525 "an unneeded SubClass entry",

526 "an unneeded Protocol entry",

527 "unneeded SubClass and Protocol entries"};

528 struct usb_device_descriptor *ddesc =&dev->descriptor;

529 int msg = -1;

530

531 if (unusual_dev->useProtocol != US_SC_DEVICE &&

532 us->subclass == idesc->bInterfaceSubClass)

533 msg += 1;

534 if(unusual_dev->useTransport != US_PR_DEVICE &&

535 us->protocol == idesc->bInterfaceProtocol)

536 msg += 2;

537 if ( msg >= 0 && !(us->flags& US_FL_NEED_OVERRIDE))

538 printk(KERN_NOTICE USB_STORAGE"This device "

539 "(%04x,%04x,%04x S %02x P%02x)"

540 " has %s in unusual_devs.h(kernel"

541 " %s)\n"

542 " Please send a copy of this message to "

543 "<linux-usb-devel@lists.sourceforge.net>\n",

544 le16_to_cpu(ddesc->idVendor),

545 le16_to_cpu(ddesc->idProduct),

546 le16_to_cpu(ddesc->bcdDevice),

547 idesc->bInterfaceSubClass,

548 idesc->bInterfaceProtocol,

549 msgs[ msg],

550 utsname()->release);

551 }

552

553 return0;

554 }

492行，struct usb_interface_descriptor *idesc，这个也无需再说，在之前的associate_dev函数中已经介绍过这个结构体，而且整个故事就是针对一个接口的，一个接口就对应一个接口描述符。

494行，struct us_unusual_dev，这个结构体是第一次出现，它定义于drivers/usb/storage/usb.h中：

61 struct us_unusual_dev {

62 constchar* vendorName;

63 const char*productName;

64 __u8 useProtocol;

65 __u8 useTransport;

66 int(*initFunction)(struct us_data *);

67 };

而“=”右边的find_unusual()函数定义于drivers/usb/storage/usb.c中：

482 static struct us_unusual_dev*find_unusual(const struct usb_device_id *id)

483 {

484 const int id_index = id - storage_usb_ids;

485 return&us_unusual_dev_list[id_index];

486 }

us_unusual_dev_list是一个数组，定义于drivers/usb/storage/usb.c：

178 static struct us_unusual_devus_unusual_dev_list[] = {

179 # include "unusual_devs.h"

180 # undef UNUSUAL_DEV

181 # undef USUAL_DEV

182

183 /* Terminating entry */

184 {NULL }

185 };

Linux代码中有很多奇怪的地方，可是像us_unusual_dev_list这个数组这么奇怪还真没见过。为了了解这个数组以及find_unusual()函数，我们先来看一看这个storage_usb_ids。它不是别人，正是我们曾经赋给usb_storage_driver的成员id_table的值。忘记了id_table的可以回去看。它实际上就是一张表格，告诉全世界driver支持怎样的一些设备。storage_usb_ids同样来自drivers/usb/storage/usb.c中：

138 static struct usb_device_id storage_usb_ids []= {

139

140 # include"unusual_devs.h"

141 #undef UNUSUAL_DEV

142 #undef USUAL_DEV

143 /*Terminating entry */

144 { }

145 };

这么一看，us_unusual_dev_list和storage_usb_ids俨然是双胞胎啊！唯一的区别只是前者多了一个NULL。这里最莫名其妙的就是包含了一个文件，于是让我们先来查看这个unusual_devs.h文件到底是干什么的？先看一下这个文件最下面的一些行：

1476 /* Control/Bulk transport for all SubClassvalues */

1477 USUAL_DEV(US_SC_RBC, US_PR_CB,USB_US_TYPE_STOR),

1478 USUAL_DEV(US_SC_8020, US_PR_CB,USB_US_TYPE_STOR),

1479 USUAL_DEV(US_SC_QIC, US_PR_CB,USB_US_TYPE_STOR),

1480 USUAL_DEV(US_SC_UFI, US_PR_CB,USB_US_TYPE_STOR),

1481 USUAL_DEV(US_SC_8070, US_PR_CB, USB_US_TYPE_STOR),

1482 USUAL_DEV(US_SC_SCSI, US_PR_CB,USB_US_TYPE_STOR),

1483

1484 /* Control/Bulk/Interrupt transport for allSubClass values */

1485 USUAL_DEV(US_SC_RBC, US_PR_CBI,USB_US_TYPE_STOR),

1486 USUAL_DEV(US_SC_8020, US_PR_CBI,USB_US_TYPE_STOR),

1487 USUAL_DEV(US_SC_QIC, US_PR_CBI,USB_US_TYPE_STOR),

1488 USUAL_DEV(US_SC_UFI, US_PR_CBI,USB_US_TYPE_STOR),

1489 USUAL_DEV(US_SC_8070, US_PR_CBI,USB_US_TYPE_STOR),

1490 USUAL_DEV(US_SC_SCSI, US_PR_CBI,USB_US_TYPE_STOR),

1491

1492 /* Bulk-only transport for all SubClassvalues */

1493 USUAL_DEV(US_SC_RBC, US_PR_BULK,USB_US_TYPE_STOR),

1494 USUAL_DEV(US_SC_8020, US_PR_BULK,USB_US_TYPE_STOR),

1495 USUAL_DEV(US_SC_QIC, US_PR_BULK,USB_US_TYPE_STOR),

1496 USUAL_DEV(US_SC_UFI, US_PR_BULK,USB_US_TYPE_STOR),

1497 USUAL_DEV(US_SC_8070, US_PR_BULK,USB_US_TYPE_STOR),

1498 USUAL_DEV(US_SC_SCSI, US_PR_BULK, 0),

USUAL_DEV以及UNUSUAL_DEV均定义于drivers/usb/storage/usb.c中：

128 #define UNUSUAL_DEV(id_vendor, id_product,bcdDeviceMin, bcdDeviceMax, \

129 vendorName, productName,useProtocol, useTransport, \

130 initFunction, flags) \

131 { USB_DEVICE_VER(id_vendor, id_product,bcdDeviceMin,bcdDeviceMax), \

132 .driver_info = (flags)|(USB_US_TYPE_STOR<<24) }

133

134 #define USUAL_DEV(useProto, useTrans, useType)\

135 { USB_INTERFACE_INFO(USB_CLASS_MASS_STORAGE,useProto, useTrans), \

136 .driver_info = (USB_US_TYPE_STOR<<24) }

注意到我们看的是structusb_device_id结构体的数组，其中每一项必然是一个struct usb_device_id的结构体变量。我们先来看USB_DEVICE_VER和USB_INTERFACE_INFO，很显然这两个都是宏，来自include/linux/usb.h：

715 /**

716 *USB_DEVICE_VER - macro used to describe a specific usb device with a

717 * version range

718 *@vend: the 16 bit USB Vendor ID

719 *@prod: the 16 bit USB Product ID

720 *@lo: the bcdDevice_lo value

721 *@hi: the bcdDevice_hi value

722 *

723 *This macro is used to create a struct usb_device_id that matches a

724 *specific device, with a version range.

725 */

726 #define USB_DEVICE_VER(vend,prod,lo,hi) \

727 .match_flags =USB_DEVICE_ID_MATCH_DEVICE_AND_VERSION, \

728 .idVendor = (vend), .idProduct =(prod), \

729 .bcdDevice_lo = (lo),.bcdDevice_hi = (hi)

744 /**

745 *USB_INTERFACE_INFO - macro used to describe a class of usb interfaces

746 *@cl: bInterfaceClass value

747 *@sc: bInterfaceSubClass value

748 *@pr: bInterfaceProtocol value

749 *

750 *This macro is used to create a struct usb_device_id that matches a

751 *specific class of interfaces.

752 */

753 #define USB_INTERFACE_INFO(cl,sc,pr) \

754 .match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO, .bInterfaceClass = (cl),\

755 .bInterfaceSubClass = (sc), .bInterfaceProtocol= (pr)

756

每一个USB_DEVICE_VER或者USB_INTERFACE_INFO就是构造一个struct usb_device_id的结构体变量，回顾一下struct usb_device_id的定义，这里实际上就是为其中的四个元素赋了值，它们是match_flags、bInterfaceClass、bInterfaceSubClass和bInterfaceProtocol。

这里不得不说的是，这个世界上有许许多多的USB设备，它们各有各的特点，为了区分它们，USB规范或者说USB协议，把USB设备分成了很多类，然而每个类又分成子类。这很好理解，我们的大学也是如此，先是分成很多个学院，然后每个学院又被分为很多个系，比如信息学院，下面分了电子工程系、微电子系、计算机系、通信工程系，然后可能每个系下边又分了各个专业。USB协议也是，首先每个接口属于一个Class，（为什么是把接口分类，而不把设备分类？前面讲过了，在USB设备驱动中，不用再提设备，因为每个设备驱动对应的是一种接口，而不是一种设备），然后Class下面分了SubClass，接着SubClass下面又按各种设备所遵循的不同的通信协议继续细分。

USB协议中为每一种Class、每一种SubClass和每一种Protocol定义一个数值，比如Mass Storage的Class就是0x08，而这里USB_CLASS_MASS_STORAGE这个宏在include/linux/usb/ch9.h中定义，其值正是8。

我们拿第1477行来举例。

1477 USUAL_DEV(US_SC_RBC, US_PR_CB,USB_US_TYPE_STOR),

把这个宏展开，就是说定义了这么一个usb_device_id结构体变量，其match_flags=USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO，而bInterfaceClass=USB_CLASS_MASS_STORAGE，bInterfaceSubClass=US_SC_RBC，以及bInterfaceProtocol=US_PR_CB。

USB_CLASS_MASS_STORAGE就不用再说了，这个驱动程序所支持的每一种设备都是属于这个类，或者说这个Class。但是这个Class里面包含不同的SubClass，比如SubClass 02为CD-ROM设备，04为软盘驱动器，06为通用SCSI类设备。而通信协议则主要有CBI协议和Bulk-Only协议。

像US_SC_RBC这些关于SubClass的宏的定义是在文件include/linux/usb_usual.h中：

74 #define US_SC_RBC 0x01 /* Typically, flash devices */

75 #define US_SC_8020 0x02 /* CD-ROM */

76 #define US_SC_QIC 0x03 /* QIC-157 Tapes */

77 #define US_SC_UFI 0x04 /* Floppy */

78 #define US_SC_8070 0x05 /* Removable media */

79 #define US_SC_SCSI 0x06 /* Transparent */

80 #define US_SC_ISD200 0x07 /* ISD200 ATA */

81 #define US_SC_MIN US_SC_RBC

82 #define US_SC_MAX US_SC_ISD200

84 #define US_SC_DEVICE 0xff /* Use device's value */

而像US_PR_CB这些关于传输协议的宏也定义于同一个文件中：

88 #define US_PR_CBI 0x00 /* Control/Bulk/Interrupt */

89 #define US_PR_CB 0x01 /* Control/Bulk w/o interrupt */

90 #define US_PR_BULK 0x50 /* bulk only */

91 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_USBAT

92 #define US_PR_USBAT 0x80 /* SCM-ATAPI bridge */

93 #endif

94 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_SDDR09

95 #define US_PR_EUSB_SDDR09 0x81 /* SCM-SCSI bridge for SDDR-09 */

96 #endif

97 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_SDDR55

98 #define US_PR_SDDR55 0x82 /* SDDR-55 (made up) */

99 #endif

100 #define US_PR_DPCM_USB 0xf0 /* Combination CB/SDDR09 */

101 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_FREECOM

102 #define US_PR_FREECOM 0xf1 /* Freecom */

103 #endif

104 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_DATAFAB

105 #define US_PR_DATAFAB 0xf2 /* Datafab chipsets */

106 #endif

107 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_JUMPSHOT

108 #define US_PR_JUMPSHOT 0xf3 /* Lexar Jumpshot */

109 #endif

110 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_ALAUDA

111 #define US_PR_ALAUDA 0xf4 /* Alauda chipsets */

112 #endif

113 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_KARMA

114 #define US_PR_KARMA 0xf5 /* Rio Karma */

115 #endif

116

117 #define US_PR_DEVICE 0xff /* Use device's value */

说了这么多，U盘属于其中的哪一种呢？USB协议中规定，U盘的SubClass是属于US_SC_SCSI的，而其通信协议使用的是Bulk-Only的，即这里看到的US_PR_BULK。显然这些东西我们后来都会用得上。

那么这里还有一个match_flag，它又是表示什么意思？USB_INTERFACE_INFO这个宏好像把所有的设备的match_flag都给设成了USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO，这是为什么？这个宏来自include/linux/usb.h：

699 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO \

700 (USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_CLASS | \

701 USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_SUBCLASS | \

702 USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_PROTOCOL)

match_flag这个东西是给USB Core去用的，USB Core负责给设备寻找适合它的驱动，负责给驱动寻找适合它的设备，它所比较的就是struct usb_device_id的变量，而struct usb_device_id结构体中有许多成员，那么是不是一定要把每一个成员都给比较一下呢？其实就是告诉USB Core，你只要比较bInterfaceClass，bInterfaceSubClass和bInterfaceProtocol即可。include/linux/mod_devicetable.h中针对struct usb_device_id中的每一个要比较的项定义了一个宏：

122 /* Some useful macros to use to create structusb_device_id */

123 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR 0x0001

124 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT 0x0002

125 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_LO 0x0004

126 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_HI 0x0008

127 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_CLASS 0x0010

128 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_SUBCLASS 0x0020

129 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_DEV_PROTOCOL 0x0040

130 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_CLASS 0x0080

131 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_SUBCLASS 0x0100

132 #define USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_PROTOCOL 0x0200

回去对比一下structusb_device_id就知道这些宏是什么意思了。

但是你一定有一个疑问，那就是为什么会有一个USUAL_DEV和一个UNUSUAL_DEV这样两个宏的存在，它们之间有什么区别呢？顾名思义，有些设备属于普通设备，而有些设备却并不是普通设备，它们或者是有一些别的设备不具备的特性，或者是他们遵循的通信协议有些与众不同，比如，它既不是Bulk-Only也不是CBI，像这些不按常理出牌的设备，写代码的人把它们单独给列了出来。当然，从大的分类来看，它们依然是属于USB Mass Storage这个类别的，否则也没必要放在这个目录下面了。

为了包容这些另类的设备，伟大的Linux内核开发人员们为它们准备了一个文件，它就是让诸多USB Mass Storage设备厂家欢欣鼓舞的unusual_devs.h，有了它，厂家们不用再为自己的设备不被Linux内核支持而烦恼了。

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