USB 设备驱动模型
本页依据课程配套源码《08_USB设备驱动模型.md》整理，聚焦 Linux USB 主机侧的接口级匹配、pipe、同步/异步传输与 URB 取消。
核心结论：usb_driver 通常匹配 configuration 下的 usb_interface；异步 I/O 的资源回收必须和 disconnect/complete 回调同步设计。
参考资料：
- Linux内核源码：`include\linux\usb.h`
- Linux内核源码：`drivers\hid\usbhid\usbmouse.c`
1. BUS/DEV/DRV模型
配图：image-20221010144529823（课程原始图片路径：pic/62_usb_bus_dev_drv.png）
- "USB接口"是逻辑上的USB设备，我们编写的usb_driver驱动程序，支持的是"USB接口"：
- USB控制器或Hub识别出USB设备后，会创建、注册usb_deive
- usb_device被"drivers\usb\core\generic.c"驱动认领后，会选择、设置某个配置
- 这个配置下面的接口，都会分配、设置、注册一个usb_interface
2. 接口函数
在USB设备驱动程序中，能使用的USB函数都在这个头文件里：`include\linux\usb.h`。
2.1 pipe
使用这些接口函数的主要目的是传输数据，传输数据的对象是USB设备里的某个endpoint，这被称为pipe：
2.2 同步传输函数
对于控制传输、批量传输、中断传输，有3个同步函数可以用来直接发起传输。这些函数内部会创建、填充、提交一个URB("usb request block")，并等待它完成或超时。
函数原型如下：
2.3 异步传输函数
使用URB进行传输时，它是异步方式：需要先分配、构造、提交一个URB("usb request block")，当传输完成后，它的回调函数被调用。
关键就在于需要填充URB：
- dev：跟谁传输数据
- pipe：跟哪个pipe传输数据
- buffer：里面存有要发送的数据，或者用来接收要读取的数据
- 数据长度
- 回调函数
2.3.1 分配和释放URB
函数原型如下：
2.3.2 分配/释放DMA Buffer
发起USB传输时，数据保存在buffer里。这个buffer可以是一般的buffer，也可以是DMA Buffer。
对于一般的buffer，在提交URB时会临时分配一个DMA Buffer：
- 发送数据时：函数内部会先从一般buffer中把数据复制到DMA Buffer，在提交给USB控制器
- 读取数据时：USB控制器先把数据传到DMA Buffer，函数内部在把DMA Buffer的数据复制到一般buffer
- 中间增加了一次数据的拷贝，效率低
我们可以直接使用DMA Buffer，函数原型如下：
2.3.3 填充URB
对于控制传输、批量传输、中断传输，分别有如下函数：
如果URB使用DMA Buffer，那么还需要设置一个flag表明这点：
2.3.4 提交URB
构造好URB后，需要提交到USB系统里，才能启动传输。
2.3.5 取消URB
已经提交的URB，可以取消它，有2个函数：
- usb_kill_urb：这是一个同步函数，它会等待URB结束
- usb_unlink_urb：这是一个异步函数，它不会等待URB结束，USB控制器驱动会调用它的回调函数
学习与实现检查
- 确认驱动按 interface 匹配，而不是把整个 usb_device 误当作功能驱动的匹配对象。
- 提交 URB 后不释放 URB 或传输缓冲区；必须等完成回调，或在退出路径使用 usb_kill_urb()。
- 同步传输接口会等待，不能从中断、bottom half 或完成回调中调用。
- disconnect 中先阻止新 I/O，再取消已提交 URB，最后释放 buffer、URB 和私有数据。
- 完成回调在重提 URB 前要判断停止状态，避免拔出设备后重新开始 I/O。
