USB鼠标枚举过程深入解析(上)

努力成为linux kernel hacker的人李万鹏原创作品，转载请标明出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2011/05/02/6384419.aspx

设备枚举过程：

1. 获取设备描述符

2. 复位

3. 设置地址

4. 再次获取设备描述符

5. 获取配置描述符

6. 获取接口，端点描述符

7. 获取字符串描述符

8. 选择设备配置

下图是USB规范中规定的USB的6种状态。通过设备枚举过程，USB可以进入Configured状态。

这个是USB鼠标插入Linux系统的枚举过程的抓包图。

Transfer0：

从图中可以看出，Transfer0由5个Transaction构成。这里所说的USB主机是指USB主控制器。可以看出它是一个控制传输。Transaction0为SETUP Transaction，Transaction1～Transaction3是IN Transaction，Transaction4是OUT Transaction。

Transaction0:

Packet 134是由host发向device，指明是SETUP包。SETUP包的作用是指明当前Transaction为SETUP类型。Packet 134 的ADDR域为0，ENDP域为0，说明这次传输是在设备驱动里的缓冲区与地址为0的设备的端点0之间进行的。地址0是在主机给设备分配地址之前使用的默认地址，是不能分配给设备的，端点0是专门用于控制传输的端点，每个设备都必须有的。而且既是IN端点又是OUT端点，使用message管道。记住每个包必须由Sync字段开始。Packet 135是数据包，是从host发向device，现在来分析它的Data域。对应USB spec Table9-2，80代表请求的数据需要从device发向host，06需要查看Table9-4，说明请求的类型是GET_DESCRIPTION，01查看Table9-5，说明请求的描述符的类型是DEVICE的。Packet136是device发向host的握手包，表示它接受到了这个请求。在Linux中，这个请求使用一个结构体来描述的——usb_ctrlrequest，对应这里的Packet135的Data域。

struct usb_strlrequest{

_u8 bRequestType; //辅助的请求类型

_u8 bRequest; //请求类型

_le16 wValue; //请求的辅助数值

_le16 wIndex; //请求的辅助数值，通常用于计算索引或者偏移

_le16 wLength; //如果控制传输有数据阶段，在这里定义数据的大小

}_attribute_((packed));

Transaction1:

Transaction1是一个IN Transaction。首先host向device发送令牌包IN包，注意IN包中的ADDR域为0，ENDP域为0。Packet 138是device发向host的DATA包，DATA的类型是DATA1。DATA包分两种，DATA0和DATA1，在USB的数据传输中，每个Transaction的数据包的类型需要反转data0,data1,data0,data……这样的顺序发送下去，以保证数据的完整性。所以这里是DATA1，上一个是DATA0。查看DATA包的Data域。查看一下这张表：

Transaction1~ Transaction3中的Data域得到的正好是这18个字节。Transaction1中的数据域0x12为bLength（描述符的长度），0x01为bDescriptorType（描述符的类型，USB_DT_DEVICE），0x0200为bcdUSB（USB spec的版本号），0x00为bDeviceClass，0x00为bDeviceSubClass，0x00为bDeviceProtocol，0x08为bMaxPacketSize0（端点0一次可以处理的最大字节数）。

Transaction2:

Transaction2的Data域：0x046D为idVendor（厂商ID号），0xc018（产品的ID号），0x4301（设备的版本号），iManufacturer（厂商对应的字符串描述符的索引值），iProduct（产品对应的字符串描述符的索引值）。

Transaction3：

Transaction3的Data域：0x00为iSerialNumber（序列号对应的字符串描述符的索引值），0x01为bNumConfigurations（设备当前速度模式下支持的配置数量）。

Transaction4：

首先发送一个OUT包，注意令牌包主要是指明传输类型，这里就为OUT类型。然后发一个大小为0的DATA包，device回一个ACK握手包。本次传输结束。这是个控制传输过程，在控制传输中有3个阶段：setup阶段，数据阶段和状态阶段。Setup阶段指明了一次主机的请求类型，数据阶段为请求类型所需要传输的数据，最后的状态阶段用于表示一次控制传输的结束。

然后，host向device发送了一个Reset信号，由上边的状态图可以看出，USB由powered模式进入了default模式。

Transfer1：

通过bRequest可以看出这是一个SET_ADDRESS的过程，一共包含两个Transaction。注意这里的ADDR域和ENDP域都是0。Packet275中的Data域，由于这是一个SETUP Transaction，所以这个域里放的是host对device的请求。05表示bRequest为SET_ADDRESS，值为03，所以新地址为3。但是不会立即生效，需要等到这个请求的状态阶段完成地址更改才完成。Transaction6首先host向device发送一个IN类型令牌包，然后device向host发送一个字节为0的DATA包，host回复一个ACK握手包，这个结束。

Transfer 2：

Transfer 2完成的是获得设备描述符。与Transaction0的不同是，这次有了明确的地址。第一次获得设备描述符主要为了得到端点0可以发送的数据的大小，所以只要一个Transaction1的8个字节数据就可。Transfer 2完成了整个设备描述符的读取工作。