linux 驱动 --- USB device

USB控制器可以呈现出两种不同的状态。USB控制器作为Host时，称为USB主机控制器，使用USB主机控制器驱动。USB控制器作为Device时，称为USB设备控制器，使用UDC（usb device controller）驱动。本节只分析USB控制器作为Device时的驱动框架。

USB控制器作为Device时，驱动框架可分为5层

最上层的是Gadget Function驱动，代表了具体设备的驱动，如大容量存储设备驱动（U盘、移动硬盘等）、通讯类设备驱动（USB串口、USB虚拟网卡等）、UAC驱动（USB麦克风、USB声卡等USB音频类设备）。

接下来是Gadget Funcation API层，该层是一个抽象层，向上和向下提供统一的API，屏蔽了差异，提高了驱动的兼容性。

Composite层是一个可选的中间层，可通过一种配置或多种配置高效的支持多种功能的设备，简化了USB复合设备驱动的开发。目前最流行的是使用基于Composite和configfs实现的USB gadget configfs，可在用户空间灵活的配置USB设备。

UDC驱动直接访问硬件，控制USB设备与USB主机之间的通信。

USB设备控制器通过USB线缆连接USB主机控制器，负责USB数据的发送和接收。

Gadget Function驱动（自己实现）

Linux内核的USB Gadget Function驱动都在drivers/usb/gadget/function/目录下，有：

　　通讯设备类（Communication Device Class）驱动（f_acm.c、f_ecm、f_serial.c等）

　　USB音频设备类驱动（f_uac1.c、f_uac2.c、u_audio.c）

　　大容量存储设备驱动（f_mass_storage.c）

　　USB视频设备类驱动（f_uvc.c）

Gadget Function驱动的入口使用usb_function_driver数据结构描述，驱动需要实现alloc_inst和alloc_func函数。alloc_inst创建usb_function_instance数据结构并初始化。alloc_func创建usb_function并初始化，重点是设置里面的回调函数，通常情况下，不直接使用usb_function数据结构，而是嵌入到驱动的数据结构中使用。Composite驱动会通过Gadget Function API回调alloc_inst和alloc_func函数。usb_function描述了Gadget Function驱动，Gadget Function驱动的重点是实现这些回调函数。

回调函数 bind

调用时机：当USB功能（Function）被绑定到某个配置（Configuration）时。

作用：初始化功能驱动，分配资源（如端点、缓冲区），注册USB接口描述符等。

回调函数 setup

用于处理 USB 控制请求（Control Requests）。默认情况下，USB 核心会处理标准描述符请求（如 GET_DESCRIPTOR 设备/配置/字符串描述符，除非函数驱动需要覆盖或补充这些行为），其他请求则会调用 setup，具体为：

• 请求类型为 标准请求（Standard Requests）且需要函数驱动提供额外信息，比如 HID 的报告描述符（0x22）
• 请求类型为 类特定请求（Class-Specific Requests）
• 请求类型为 厂商自定义请求（Vendor-Specific Requests）

Gadget Function API（内核提供）

Gadget Funcation API是一个抽象层，上层的Gadget Function驱动使用Gadget Funcation API注册和注销，Gadget Function驱动需要实现usb_function_driver数据结构并向Gadget Funcation API层注册。下层的Composite驱动使用Gadget Funcation API和Gadget Function驱动匹配。

Gadget Function API的主要API如下：

usb_function_register函数：将注册的usb_function_driver实例挂到func_list链表中。

usb_get_function_instance函数：遍历func_list链表，将参数name和usb_function_driver->name进行对比，若名称一致，则匹配成功，调用usb_function_driver->alloc_inst函数创建usb_function_instance实例，返回usb_function_instance实例的指针。

usb_get_function函数：调用alloc_func函数创建usb_function实例

复合层（自己实现）

USB Composite 层是 Linux USB Gadget 子系统的核心组件之一，主要负责将多个独立的 USB 功能（如串口、存储、音频等）组合成一个复合 USB 设备，并管理其与主机的交互。以下是其核心职责和实现原理的详细说明：

legacy（传统方式，不推荐）

Linux内核中直接使用Composite层的USB gadget legacy驱动大多都在drivers/usb/gadget/legacy/目录下，如USB音频设备驱动文件audio.c，USB虚拟以太网设备驱动文件ether.c，HID设备驱动文件hid.c。legacy驱动可以直接使用内核提供的module_usb_composite_driver宏，方便定义Composite驱动。参数为usb_composite_driver结构体。使用usb_composite_probe注册Composite驱动。使用usb_composite_unregister函数注销Composite驱动。

缺点：

　　功能绑定和设备描述符（如 VID/PID、字符串）需在内核模块中硬编码，无法动态修改。

　　设备配置在初始化时固定，无法在运行时添加或移除功能。

USB Gadget Configfs（推荐）

Configfs是一种基于ram的文件系统（挂载在 /sys/kernel/config/usb_gadget/），可以在用户空间直接创建内核对象，主要适用于内核对象有众多配置的模块，比如USB复合设备。Linux 3.11版本引入了USB Gadget Configfs。USB Gadget Configfs在drivers/usb/gadget/configfs.c文件中实现。

通过 configfs 配置USB，包含的功能包括：创建设备描述符、创建配置描述符、设置接口描述符在哪个配置描述符下，以下 iap2 和 iap2_ext_acc 属于Gadget Function驱动创建的接口描述符，都绑定到c.1这个配置描述符。