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《Linux那些事儿之我是USB》我是U盘(12)梦开始的地方

2011-10-21

对于整个usb-storage模块,usb_stor_init()函数是它的开始,然而,对于U盘驱动程序来说,它真正驱使U盘工作却是始于storage_probe()函数。两条平行线只要相交,就注定开始纠缠一生,不管中间是否短暂分离。USB ...

对于整个usb-storage模块,usb_stor_init()函数是它的开始,然而,对于U盘驱动程序来说,它真正驱使U盘工作却是始于storage_probe()函数。

两条平行线只要相交,就注定开始纠缠一生,不管中间是否短暂分离。USB Core为设备找到了适合它的驱动程序,或者为驱动程序找到了它所支持的设备,但这只是表明双方的第一印象还可以,但彼此是否真的适合对方还需要进一步了解。而U盘驱动则会调用函数storage_probe()去认识对方,它是一个什么样的设备?这里调用了四个函数get_device_info,get_protocol,get_transport,get_pipes。

整个U盘驱动这部大戏,由storage_probe开始,由storage_disconnect结束。其中,storage_probe这个函数占了相当大的篇幅。我们一段一段来看。这两个函数都来自drivers/usb/storage/usb.c中:

945 /* Probe to see if we can drive anewly-connected USB device */

946 static int storage_probe(struct usb_interface*intf,

947 const struct usb_device_id *id)

948 {

949 structScsi_Host *host;

950 structus_data *us;

951 intresult;

952 structtask_struct *th;

953

954 if(usb_usual_check_type(id, USB_US_TYPE_STOR))

955 return -ENXIO;

956

957 US_DEBUGP("USB Mass Storagedevice detected\n");

958

959 /*

960 * Ask the SCSI layer to allocate a hoststructure, with extra

961 * space at the end for our privateus_data structure.

962 */

963 host =scsi_host_alloc(&usb_stor_host_template, sizeof(*us));

964 if (!host){

965 printk(KERN_WARNING USB_STORAGE

966 "Unable to allocate the scsi host\n");

967 return -ENOMEM;

968 }

969

970 us =host_to_us(host);

971 me mset(us,0, sizeof(struct us_data));

首先先贴出这么几行,两个参数不用多说了,struct usb_interface和struct usb_device_id的这两个指针都是前面介绍过的,来自USB Core一层,我们整个故事里用到的就是这么一个,这两个指针的指向是定下来的。

950行,最重要的一个数据结构终于出现了。整个usb-storage模块里边自己定义的数据结构不多,但是us_data算一个。这个数据结构是跟随我们的代码一直走下去的,如影随形,几乎处处都可以看见它的身影。先把它的代码“贴”出来,来自drivers/usb/storage/usb.h:

102 /* we allocate one of these for every devicethat we remember */

103 struct us_data {

104 /* Thedevice we're working with

105 * It's important to note:

106 * (o) you must hold dev_mutex to change pusb_dev

107 */

108 structmutex dev_mutex; /* protect pusb_dev */

109 structusb_device *pusb_dev; /* this usb_device */

110 structusb_interface *pusb_intf; /* this interface */

111 structus_unusual_dev *unusual_dev;/* device-filter entry */

112 unsignedlong flags; /*from filter initially */

113 unsignedint send_bulk_pipe; /* cachedpipe values */

114 unsignedint recv_bulk_pipe;

115 unsignedint send_ctrl_pipe;

116 unsignedint recv_ctrl_pipe;

117 unsignedint recv_intr_pipe;

118

119 /*information about the device */

120 char *transport_name;

121 char *protocol_name;

122 __le32 bcs_signature;

123 u8 subclass;

124 u8 protocol;

125 u8 max_lun;

126

127 u8 ifnum; /*interface number */

128 u8 ep_bInterval; /* interrupt interval */

129

130 /*function pointers for this device */

131 trans_cmnd transport; /*transport function */

132 trans_reset transport_reset; /* transport devicereset */

133 proto_cmnd proto_handler; /* protocol handler */

134

135 /* SCSIinterfaces */

136 structscsi_cmnd *srb; /* current srb */

137 unsignedint tag; /* current dCBWTag */

138

139 /*control and bulk communications data */

140 structurb *current_urb; /* USB requests */

141 structusb_ctrlrequest *cr; /* control requests */

142 struct usb_sg_request current_sg; /* scatter-gather req. */

143 unsignedchar *iobuf; /* I/Obuffer */

144 unsignedchar *sensebuf; /* sense data buffer */

145 dma_addr_t cr_dma; /* bufferDMA addresses */

146 dma_addr_t iobuf_dma;

147

148 /* mutualexclusion and synchronization structures */

149 struct semaphore sema; /* to sleepthread on */

150 struct completion notify; /* thread begin/end */

151 wait_queue_head_t delay_wait; /* wait duringscan, reset */

152

153 /*subdriver information */

154 void *extra; /* Any extradata */

155 extra_data_destructor extra_destructor;/*extra data destructor */

156 #ifdef CONFIG_PM

157 pm_hook suspend_resume_hook;

158 #endif

159 };

不难发现,Linux内核中每一个重要的数据结构都很复杂。总之,这个令人头疼的数据结构是每一个设备都有的。换句话说,我们会为每一个设备申请一个us_data,因为这个结构中边的东西我们之后一直会用得着的。950行,structus_data *us,于是,日后我们会非常频繁地看到us的。另,us什么意思?us,即usb storage。

963行,关于usb_stor_host_template,必须得认真看一下,因为这个变量我们以后还会多次碰到。scsi_host_alloc 就是SCSI子系统提供的函数,它的作用就是申请一个SCSI Host相应的数据结构。而它的第一个参数&usb_stor_host_template,其实这是一个struct scsi_host_template的结构体指针,之所以USB Mass Storage里面会涉及SCSI这一层,是因为我们事实上把一块U盘模拟成了一块SCSI设备,对于SCSI设备来说,要想正常工作,得有一个SCSI卡,或者说SCSI Host。而按照SCSI这一层的规矩,要想申请一个SCSI Host的结构体,我们就得提供一个struct scsi_host_template结构体,这其实从名字可以看出,是一个模版,SCSI那层把一切都封装好了,只要提交一个模版给它,它就能为你提供一个structScsi_Host结构体。关于这个usb_stor_host_template,它的定义或者说初始化是在drivers/usb/storage/scsiglue.c中:

441 struct scsi_host_templateusb_stor_host_template = {

442 /* basic userland interface stuff*/

443 .name = "usb-storage",

444 .proc_name= "usb-storage",

445 .proc_info = proc_info,

446 .info= host_info,

447

448 /* command interface -- queued only*/

449 .queuecommand= queuecommand,

450

451 /*error and abort handlers */

452 .eh_abort_handler= command_abort,

453 .eh_device_reset_handler= device_reset,

454 .eh_bus_reset_handler= bus_reset,

455

456 /* queuecommands only, only one command per LUN */

457 .can_queue= 1,

458 .cmd_per_lun= 1,

459

460 /*unknown initiator id */

461 .this_id= -1,

462

463 .slave_alloc= slave_alloc,

464 .slave_configure= slave_configure,

465

466 /* lots ofsg segments can be handled */

467 .sg_tablesize= SG_ALL,

468

469 /*limit the total size of a transfer to 120 KB */

470 .max_sectors= 240,

471

472 /* mergecommands... this see ms to help performance, but

473 * periodically someone should test tosee which setting is more

474 * optimal.

475 */

476 .use_clustering = 1,

477

478 /*emulated HBA */

479 .emulated= 1,

480

481 /*we do our own delay after a device or bus reset */

482 .skip_settle_delay = 1,

483

484 /*sysfs device attributes */

485 .sdev_attrs= sysfs_device_attr_list,

486

487 /* modulemanagement */

488 .module= THIS_MODULE

489 };

按照SCSI层的规矩,要想申请一个SCSI Host,并且让它工作,我们需要调用三个函数,第一个是scsi_host_alloc(),第二个是scsi_add_host(),第三个是scsi_scan_host()。这三个函数我们都会在接下来的代码里面看到。

scsi_host_alloc()一调用,就是给struct Scsi_Host 结构申请了空间, 而只有调用了scsi_add_host()之后,SCSI核心层才知道有这个Host的存在,然后只有scsi_scan_host()被调用了之后,真正的设备才被发现。这些函数的含义和它们的名字吻合的很好。不是吗?

最后需要指出的是,scsi_host_alloc()需要两个参数,第一个参数是structscsi_host_template 的指针,咱们当然给了它&usb_stor_host_template,而第二个参数实际上是被称为驱动自己的数据,咱们传递的是sizeof(*us)。SCSI层非常友好地给咱们提供了一个接口,在struct Scsi_Host结构体被设计时就专门准备了一个unsigned long hostdata[0]来给别的设备驱动使用,这个hostdata的大小是可以由咱们来定,把sizeof(*us)传递给scsi_host_alloc()就意味着给us申请了内存。而今后如果我们需要从us得到相应的SCSI Host就可以使用内联函数us_to_host();而反过来要想从SCSI Host得到相应的us则可以使用内联函数host_to_us(),这两个明显是一对,都定义于drivers/usb/storage/usb.h:

161 /* Convert between us_data and thecorresponding Scsi_Host */

162 static inline struct Scsi_Host*us_to_host(struct us_data *us) {

163 returncontainer_of((void *) us, struct Scsi_Host, hostdata);

164 }

165 static inline struct us_data*host_to_us(struct Scsi_Host *host) {

166 return(struct us_data *) host->hostdata;

167 }

总之咱们这么一折腾,就让USB驱动和SCSI Host联系起来。从此以后这个U盘既要扮演U盘的角色又要扮演SCSI设备的角色。

957行,US_DEBUGP是一个宏,来自drivers/usb/storage/debug.h,接下来很多代码中我们也会看到这个宏,它无非就是打印一些调试信息。debug.h中有这么一段:

51 #ifdef CONFIG_USB_STORAGE_DEBUG

52 void usb_stor_show_command(struct scsi_cmnd*srb);

53 void usb_stor_show_sense( unsigned char key,

54 unsigned char asc, unsigned char ascq );

55 #define US_DEBUGP(x...) printk( KERN_DEBUGUSB_STORAGE x )

56 #define US_DEBUGPX(x...) printk( x )

57 #define US_DEBUG(x) x

58 #else

59 #define US_DEBUGP(x...)

60 #define US_DEBUGPX(x...)

61 #define US_DEBUG(x)

62 #endif

这里一共定义了几个宏,US_DEBUGP,US_DEBUGPX,US_DEBUG,差别不大,只是形式上略有不同罢了。

需要注意的是,这些调试信息得是我们打开了编译选项CONFIG_USB_STORAGE_DEBUG才有意义的,如果这个选项为0,那么这几个宏就什么也不干,因为它们被赋为空了。关于US_DEBUG系列的这几个宏,就讲到这了。

954行,usb_usual_check_type()干什么用的?这个函数来自drivers/usb/storage/libusual.c中:

98 int usb_usual_check_type(const struct usb_device_id*id, int caller_type)

99 {

100 int id_type =USB_US_TYPE(id->driver_info);

101

102 if(caller_type <= 0 || caller_type >= 3)

103 return -EINVAL;

104

105 /* Driversgrab fixed assignment devices */

106 if (id_type == caller_type)

107 return 0;

108 /* Driversgrab devices biased to them */

109 if (id_type==USB_US_TYPE_NONE&& caller_type==atomic_read(&usu_bias))

110 return 0;

111 return -ENODEV;

112 }

这个函数保证现在认领的这个设备属于usb-storage所支持的设备,而不是另一个叫做ub的驱动所支持的设备,如果你足够细心可能会注意到,drivers/block目录下面竟然也有一段与usb相关的驱动代码,它就是drivers/block/ub.c。实际上ub是一个简化版的usb-storage和sd两个模块的结合体,它的功能比较弱,但是要更稳定。如果感兴趣的话可以去读一下ub这个模块的代码

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