一．USB理論
1. USB概念概述
USB1.0版本速度1.5Mbps（低速USB） USB1.1版本速度12Mbps（全速USB） USB2.0版本速度480Mbps（高速USB）
USB驅動由USB主機控制器驅動和USB設備驅動組成。USB主機控制器是用來控制USB設備和CPU之間通信的，USB主機控制器驅動主要用來驅動芯片上的主機控制器硬件。USB設備驅動主要是指具體的例如USB鼠標，USB鍵盤燈設備的驅動。
一般的通用的Linux設備，如U盤、USB鼠標、USB鍵盤，都不需要工程師再編寫驅動，需要編寫的是特定廠商、特定芯片的驅動，而且往往也可以參考內核中已經提供的驅動模板。USB只是一個總線，真正的USB設備驅動的主體工作仍然是USB設備本身所屬類型的驅動，如字符設備、tty設備、塊設備、輸入設備等。
2. USB主機控制器
USB主機控制器屬於南橋芯片的一部分，通過PCI總線和處理器通信。USB主機控制器分為UHCI（英特爾提出）、OHCI（康柏和微軟提出）、 EHCI。其中OHCI驅動程序用來為非PC系統上以及帶有SiS和ALi芯片組的PC主辦上的USB芯片提供支持。UHCI驅動程序多用來為大多數其他PC主板（包括Intel和Via）上的USB芯片提供支持。ENCI兼容OHCI和UHCI。UHCI的硬件線路比OHCI簡單，所以成本較低，但需要較復雜的驅動程序，CPU負荷稍重。主機控制器驅動程序完成的功能主要包括：解析和維護URB，根據不同的端點進行分類緩存URB；負責不同USB傳輸類型的調度工作；負責USB數據的實際傳輸工作；實現虛擬跟HUB的功能。
3. USB設備與USB驅動的匹配
USB設備與USB驅動怎麼匹配的呢？實際上USB設備中有一個模塊叫固件，是固件信息和USB驅動進行的匹配。固件是固化在集成電路內部的程序代碼，USB固件中包含了USB設備的出廠信息，標識該設備的廠商ID、產品ID、主版本號和次版本號等。另外固件中還包含一組程序，這組程序主要完成USB協議的處理和設備的讀寫操作。USB設備固件和USB驅動之間通信的規范是通過USB協議來完成的。
4. USB設備的邏輯結構和端點的傳輸方式
USB設備的邏輯結構包括設備、配置、接口和端點，分別用usb_device、usb_host_config、 usb_interface、usb_host_endpoint表示。
端點的傳輸方式包括控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸、等時傳輸。
控制傳輸主要用於向設備發送配置信息、獲取設備信息、發送命令道設備，或者獲取設備的狀態報告。控制傳輸一般發送的數據量較小，當USB設備插入時，USB核心使用端點0對設備進行配置，另外，端口0與其他端點不一樣，端點0可以雙向傳輸。
中斷傳輸就是中斷端點以一個固定的速度來傳輸較少的數據，USB鍵盤和鼠標就是使用這個傳輸方式。這裡說的中斷和硬件上下文中的中斷不一樣，它不是設備主動發送一個中斷請求，而是主機控制器在保證不大於某個時間間隔內安排一次傳輸。中斷傳輸對時間要求比較嚴格，所以可以用中斷傳輸來不斷地檢測某個設備，當條件滿足後再使用批量傳輸傳輸大量的數據。
批量傳輸通常用在數據量大、對數據實時性要求不高的場合，例如USB打印機、掃描儀、大容量存儲設備、U盤等。
等時傳輸同樣可以傳輸大批量數據，但是對數據是否到達沒有保證，它對實時性的要求很高，例如音頻、視頻等設備。
5. USB的URB請求塊
USB請求塊（USB request block，urb）是USB主機控制器和設備通信的主要數據結構，主機和設備之間通過urb進行數據傳輸。當主機控制器需要與設備交互時，只需要填充一個urb結構，然後將其提交給USB核心，由USB核心負責對其進行處理。
URB處理流程：
Step1：創建一個URB結構體 usb_alloc_urb()
Step2：初始化，被安排一個特定的USB設備的特定端點。fill_int/bulk/control_urb()
Step3：被USB設備驅動提交給USB核心usb_submit_urb()，注意GPF_ATOMIC,GPF_NOIO,GPF_KERNEL的使用區別。
Step4：提交由USB核心指定的USB主機控制器驅動，被主機控制器驅動處理，進行一次到USB設備的傳輸，該過程由USB核心和主機控制器完成，不受USB設備驅動控制
Step5：當urb完成，USB主機控制器驅動通知USB設備驅動。
簡單的批量與控制URB
有時候USB驅動程序只是從USB設備上接收或發送一些簡單的數據，這時候可以使用usb_bulk/control_msg()完成，這兩個函數是同步的，因此不能在中斷上下文和持有自旋鎖的情況下使用。
6. USB的枚舉過程
內核輔助線程khubd用來監視與該集線器連接的所有端口，通常情況下，該線程處於休眠狀態，當集線器驅動程序檢測到USB端口狀態變化後，該內核線程立馬喚醒。
USB的枚舉過程：USB的枚舉過程是熱插拔USB設備的起始步驟，該過程中，主機控制器獲取設備的相關信息並配置好設備，集線器驅動程序負責該枚舉過程。枚舉過程主要分如下幾步：
Step1：根集線器報告插入設備導致的端口電流變化，集線器驅動程序檢測到這一狀態變化後，喚醒khubd線程。
Step2：khubd識別出電流變化的那個端口
Step3：khubd通過給控制端點0發送控制URB來實現從1-127中選出一個數作為插入設備的批量端點
Step4：khubd利用端口0使用的控制URB從插入的設備那裡獲得設備描述符，然後獲得配置描述符，並選擇一個合適的。
Step5：khubd請求USB核心把對應的客戶驅動程序和該USB設備掛鉤。
