usb聲卡驅動（一）

前面看了內核的啟動，接下來就是驅動的學習。

正好手邊有一個USB聲卡，就準備以此為基礎，進行usb聲卡驅動的學習。

因此，在學些usb聲卡之前，先看看usb驅動。然后再是alsa驅動，然后再是兩者的結合

usb的關鍵數據結構

任何usb設備，都有一段數據，用來描述自己。比如自己有什么功能，自己的廠商ID是多少等等

有個組織，定義了這段數據的組織形式和意義，這段數據稱為USB描述符。這個組織叫USB-IF(USB Implementers Forum)

USB描述符的組織形式

usb描述符，邏輯上分成三個層級：配置，接口，端點

一個usb設備描述符，可能包含多個配置，一個配置可能包含多個接口，一個接口可能包含多個端點。

上述每一個邏輯體，在linux中都有一個數據結構與之對應。

配置描述符：

struct usb_config_descriptor {__u8 bLength;//描述符的長度__u8 bDescriptorType;//描述符的類型，有兩種值：USB_DT_CONFIG,USB_DT_OTHER_SPEED_CONFIG (表示高速設備操作在低速或者全速模式時的配置信息)__le16 wTotalLength;//所有描述符的總長度__u8 bNumInterfaces;//配置包含的接口數目__u8 bConfigurationValue;//表示這個配置的一個數字。使用該值，調用SET_CONFIGURATION請求來設置此配置為當前配置__u8 iConfiguration;//描述配置信息的字符串描述符的索引值__u8 bmAttributes;//表示配置的一些特點，如bit6為1表示self-power;bit5為1表示支持遠程喚醒__u8 bMaxPower;//設備正常運作時，從hub分得的最大電流，單位2mA。//那么當設備請求的電流，大于hub能給予的最大值時，hub就會直接拒絕//而保存hub當前能給出的最大電流保存在struct usb_device的bus_mA中。 } __attribute__ ((packed));

接口描述符：

struct usb_interface_descriptor {__u8 bLength;//該描述符的長度__u8 bDescriptorType;//描述符的類型__u8 bInterfaceNumber;//每個配置里面可以包含多個接口，這個值可以表示對應的接口索引號__u8 bAlternateSetting;//接口使用的可選設置號。默認為0__u8 bNumEndpoints;//接口擁有的端點個數，不包括0端點（后續說明原因）//下面三個，用于表示這個接口，具備的功能。由于各個功能其實有很多共同點，因此將其抽象出三個層級：class，subclass,protocol.//同一個class下面，可以有很多subclass，同一個subclass下，也可以根據protocol的不同，分成很多的設備__u8 bInterfaceClass;__u8 bInterfaceSubClass;__u8 bInterfaceProtocol;__u8 iInterface;//接口對應的字符串描述符的索引值 } __attribute__ ((packed));

端點描述符：

struct usb_endpoint_descriptor {__u8 bLength;//描述符的長度__u8 bDescriptorType;//端點的類型__u8 bEndpointAddress;//該字段含有，端點方向信息，地址信息，端點號信息__u8 bmAttributes;//bit1，bit0 表示傳輸類型:00控制類型，01登時，10批量，11中斷__le16 wMaxPacketSize;//端點一次處理的最大字節數__u8 bInterval;//希望主機輪詢自己的時間間隔。/* NOTE: these two are _only_ in audio endpoints. *//* use USB_DT_ENDPOINT*_SIZE in bLength, not sizeof. *///下面兩個字段，用于在音頻設備中，主要用于等時同步端點，會在后面介紹audio協議的時候，引入介紹__u8 bRefresh;__u8 bSynchAddress; } __attribute__ ((packed));

除了上面的三個描述以外，還有一個重要的描述，那就是設備描述符：

struct usb_device_descriptor {__u8 bLength;//描述符的長度__u8 bDescriptorType;//描述符的類型__le16 bcdUSB;//USB spc的版本號//和接口描述符中的class，subclass,protocol意義類似__u8 bDeviceClass;__u8 bDeviceSubClass;__u8 bDeviceProtocol;__u8 bMaxPacketSize0;//端點0一次可以處理的最大字節數.因為端點0沒有對應的描述符，所以，將端點0的相關信息，放在了設備描述符中__le16 idVendor;//廠商ID__le16 idProduct;//產品ID__le16 bcdDevice;//設備版本號__u8 iManufacturer;//制造商對應的字符串描述符的索引值__u8 iProduct;//產品對應的字符串描述符的索引值__u8 iSerialNumber;//序列號對應的字符串描述符的索引值__u8 bNumConfigurations;//該設備當前速度模式下的配置數量 } __attribute__ ((packed));

現在我們知道了usb設備大概有哪些信息，接下來查看一下，應該怎么才能獲取到上面的這些

USB描述符的獲取

當一個新的設備，插入USB 總線后，這些信息該如何獲取呢？

第一步：如何檢測到硬件已經被插入

常規的usb接口，有四根線，gnd線，vcc線，D+線，D-線。在hub端D+，D-分別接了一個15k的下拉電阻到地。

而在設備端，D+或者D-端接了一個1.5k的上拉電阻。低速設備接在D-端。高速和全速設備接在D+端。

當設備插入hub時，hub能通過D+，D-上面的變化來區分設備的類型。

第二步：如何區分全速設備和高速設備

對于全速設備和高速設備而言，他們的上拉電阻都接在了D+端。為了進一步區分這兩種設備。需要進行一定的通信。

為了簡化通信的細節，現在大致描述如下：

當設備進入復位狀態之后，設備持續一段時間的向hub發送信號。這個信號就是給D-持續輸出17.87mA的電流。

hub因為有自己的電阻，所以，它能檢查到一定的電壓，大概為800mV

hub在檢查到持續了一段時間的800mV的電壓之后，就知道，哦，原來這是一個高速設備。

hub在接下來100us內，進行響應。告訴設備，我已經知道你是高速設備了，并且我也切換到了高速模式下了。

設備在接受到hub的響應之后，就將自己切換到高速設備的電路上。

上面所述的5個步驟，在電氣信號上面的詳細描述，可以參考：
https://blog.csdn.net/flydream0/article/details/71512852

第三步：獲取設備描述符

現在，設備已經連上，接下來，就是獲取設備的信息（設備描述符）。但是在此之前，需要明白一個東西：那就是usb的數據包，到底是怎么組織的。

usb數據包的組織

我們都知道電信號只能傳遞0和1的邏輯值。在usb的世界里，將這些0和1排列組合，組成7種基本的信息，稱為域，分別叫做：同步域（SYNC），標識域（PID），地址域（ADDR），端點域（ENDP），幀號域（FRAME），數據域（DATA），校驗域（CRC）

在這些域的上層，則定義4種包：令牌包，數據包，握手包，特殊包。這些包都是由上面介紹的域組合而成。

令牌包有四種，分別為：輸入，輸出，設置，幀起始。前面三種的域的組成情況一樣，為SYNC+PID+ADDR+ENDP+CRC.第四種的域組成為，SYNC+PID+FRAME+CRC

數據包有兩種，分別為：DATA0，DATA1。他們的域組成一樣都為：SYNC+PID+DATA+CRC

握手包，只有一種，它的域組成為：SYNC+PID

現在有了這些包之后，我們使用這4種包來定義各種不同的事務。目前就定義了3種事務，稱為：IN事務，OUT事務，SETUP事務。

每種事務，都由三個階段組成：令牌包階段，數據包階段，握手包階段

令牌包階段：啟動輸入、輸出、設置事務

數據包階段：按照輸入、輸出發送相應的數據

握手包階段：返回數據的接收情況

現在知道了3種事務之后，就可以使用這3中事務，進行傳輸了，傳輸也分成了4種：中斷傳輸，批量傳輸，同步傳輸，控制傳輸

中斷傳輸：由OUT事務和IN事務構成

批量傳輸：由OUT事務和IN事務構成

同步傳輸：由OUT事務和IN事務構成

控制傳輸：由SETUP事務，（OUT事務，IN事務）構成

現在知道了上面的東西，就可以進一步知道，怎么獲取設備描述符了。

注意：上面只是介紹了各個數據包的組成成分，對于這些成分的具體二進制值沒有介紹。因為我關心的是整個過程的理解，而不是具體的二進制是什么樣子的。如果需要查看具體的二進制，可以參考對應的文章

在設備才連上hub時，此時設備還處于一種默認的狀態，它沒有地址，為了能夠響應主機發出的請求。它將地址0作為默認地址。

那么獲取設備描述的過程，大致描述如下：

第一階段

首先使用一個Get_Descriptor這個請求。這個請求使用的是SETUP事務，它由令牌包，數據包，握手包組成.

然后再次發一個數據輸入的請求。這個請求使用的是IN事務，它同樣由令牌包，數據包，握手包組成。

然后再次發送一個數據輸出請求——用于通知設備，Get_Descriptor請求的狀態。這次使用的是OUT事務，它同樣有三個階段

現在主機已經擁有了usb設備的描述符信息。

第二階段

已經知道了部分數據之后，需要為該設備分配地址。

發出一個Set_Address請求。這個請求跟第一階段的第一步幾乎一樣，使用的是SETUP事務

本次的數據為地址，但是地址已經放在了Set_Address請求中了。所以不需要傳輸數據。

為了獲得Set_Address請求是否成功，需要接受設備的響應。因此發送一個數據輸入請求，即跟第一階段的第二步一樣。

第三階段

當一切正常之后，就使用新的地址，重新獲取設備描述符。獲取設備描述符的過程見第一階段，長度稍有不同，不過不影響整個過程的理解

除了設備描述符以外，還需要獲取其他的描述符。如配置描述符，接口描述符，端點描述符，字符串描述符等。

根據這些描述符的內容，選擇不同的驅動程序

至此，整個設備才算是完完全全的能被使用了。

注意，注意：上面所有的步驟，建立在兩個前提下。1.默認所有的操作都正常；2.描述過程時使用的是數據包中的更加抽象的語言。并沒有引入具體的二進制數值

本篇相當于，usb設備的一個枚舉過程。

接下來一篇，用于說明，音頻設備描述符的相關細節

總結

以上是生活随笔為你收集整理的usb声卡驱动（一）：USB描述符的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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