当我们插入一个USB设备，系统如何感知到USB设备的接入，后续发生了哪些细节？系统如何区分这些USB设备？主机侧如何和这些从机设备进行数据的交互？
这里参考Linux kernel 4.9.xx的代码，部分异常和次要代码在这里没有体现。
usb_hub_init
在 4.9 的 Linux 内核中，通过subsys_initcall，在系统启动时注册 USB 子系统的初始化函数，以确保在系统正常运行之前进行必要的 USB 初始化工作。
在usb_init里，进行bus_register以及usb_hub_init。当hub_driver完成了注册，通过hub probe完成hub_event的初始化工作。当有设备插入时，感知到硬件上的电平变化，后续的工作将在hub_event里完成。
int usb_hub_init(void)
{if (usb_register(&hub_driver) < 0) {printk(KERN_ERR "%s: can't register hub driver\n",usbcore_name);return -1;}
}
hub_driver结构体如下：
static struct usb_driver hub_driver = {.name = "hub",.probe = hub_probe,.disconnect = hub_disconnect,.suspend = hub_suspend,.resume = hub_resume,.reset_resume = hub_reset_resume,.pre_reset = hub_pre_reset,.post_reset = hub_post_reset,.unlocked_ioctl = hub_ioctl,.id_table = hub_id_table,.supports_autosuspend = 1,
};
hub_event
在hub_event，通过检测event_bits，change_bits，wakeup_bits是否置位。当以上三种情况有一个发生时，就会发起port_event。同时后续会对hub的状态进行状态管理。
static void hub_event(struct work_struct *work)
{...if (test_bit(i, hub->event_bits)|| test_bit(i, hub->change_bits)|| test_bit(i, hub->wakeup_bits)) {port_event(hub, i);}/* deal with hub status changes */...
}
port_event
static void port_event(struct usb_hub *hub, int port1)__must_hold(&port_dev->status_lock)
{if (hub_handle_remote_wakeup(hub, port1, portstatus, portchange))connect_change = 1;if (connect_change)hub_port_connect_change(hub, port1, portstatus, portchange);
}
hub_handle_remote_wakeup 和 hub_port_connect_change
当发生以下情况时调用hub_port_connect_change：
- 端口连接状态发生变化；
- 端口使能状态发生变化（通常由电磁干扰引起）；
usb_reset_and_verify_device()遇到了变化的描述符（例如:固件下载）
调用此函数时，必须已经拿到hub的锁。
static void hub_port_connect_change(struct usb_hub *hub, int port1,u16 portstatus, u16 portchange)__must_hold(&port_dev->status_lock)
{...hub_port_connect(hub, port1, portstatus, portchange);...
}
hub_port_connect
如果说前面都是检测“设备接入”状态的流程，那这里就是注册USB新的deivce的核心流程。当检测到新设备时，需要在总线上进行注册。注册前，需要填充udev结构，这个结构的内容分别由以下几个函数完成。
static void hub_port_connect(struct usb_hub *hub, int port1, u16 portstatus,u16 portchange)
{...udev = usb_alloc_dev(hdev, hdev->bus, port1);//注册一个usb device，然后会放在usb总线上usb_set_device_state(udev, USB_STATE_POWERED);//设置注册的USB设备的状态标志choose_devnum(udev);//给新的设备分配一个地址编号status = hub_port_init(hub, udev, port1, i);//分配设备地址，获取详细的设备描述符//前面都在填充udev结构内容，这里才将udev结构注册到总线上status = usb_new_device(udev);//创建USB设备，与USB设备驱动连接...
}
usb_alloc_dev
这是USB 设备构造函数，这里设置device的成员，每当创建一个USB设备时，总线都会调用 .match匹配的函数，使得USB driver和device绑定。
struct usb_device *usb_alloc_dev(struct usb_device *parent,struct usb_bus *bus, unsigned port1)
{dev = kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);//分配usb device设备结构体device_initialize(&dev->dev);//初始化usb devicedev->dev.bus = &usb_bus_type;//设置绑定usb device的成员dev->dev.type = &usb_device_type;dev->dev.groups = usb_device_groups;
}
usb_bus_type 的结构如下：
struct bus_type usb_bus_type = {.name = "usb", //总线名称,存在/sys/bus下.match = usb_device_match, //匹配函数,匹配成功就会调用usb_driver驱动的probe函数成员.uevent = usb_uevent, //事件函数（可选）.suspend = usb_suspend, //休眠函数（可选）.resume = usb_resume, //唤醒函数（可选）
};
choose_devnum
这里主要是在devnum_next~128之间，寻找下一个非0（没有被设备占用）的编号。如果被占用则往后顺延。0地址是被用作初次接入未初始化USB设备所使用。
hub_port_init
hub_port_init的作用是：重置设备，分配地址，获取设备描述符。
此时设备连接必须稳定，成功返回 USB_STATE_ADDRESS 状态的设备，除非出现错误。
如果这是为一个已经存在的设备调用（ 比如在usb_reset_and_verify_device 时调用），调用者必须拥有设备的锁和端口的锁。
这里通过获取设备的speed来决定ep0最大数据包大小。因为不同的speed，包的大小并不相同。对于无线 USB 设备，端点 0 的最大数据包大小始终为 512。
此外也可以直接读取前8个字节，获得USB设备描述符，因为这8个每个设备都有，后面再根据设备的数据，通过usb_get_device_descriptor再重新读一次目标设备的描述结构。
static int
hub_port_init(struct usb_hub *hub, struct usb_device *udev, int port1,int retry_counter)
{...retval = hub_set_address(udev, devnum);//设置地址，告诉USB新的地址号retval = usb_get_device_descriptor(udev, 8);//获得USB设备描述符的前8个字节//还不确定对方支持的包容量，所以先读8个，这8个每个设备都有，后面再根据设备的数据，通过//usb_get_device_descriptor再重新读一次目标设备的描述结构。 /*struct usb_device_descriptor {__u8 bLength; //本描述符的size__u8 bDescriptorType; //描述符的类型，这里是设备描述符DEVICE__u16 bcdUSB; //指明usb的版本，比如usb2.0__u8 bDeviceClass; //类__u8 bDeviceSubClass; //子类__u8 bDeviceProtocol; //指定协议__u8 bMaxPacketSize0; //端点0对应的最大包大小__u16 idVendor; //厂家ID__u16 idProduct; //产品ID__u16 bcdDevice; //设备的发布号__u8 iManufacturer; //字符串描述符中厂家ID的索引__u8 iProduct; //字符串描述符中产品ID的索引__u8 iSerialNumber; //字符串描述符中设备序列号的索引__u8 bNumConfigurations; //可能的配置的数目} __attribute__ ((packed));*/retval = usb_get_device_descriptor(udev, USB_DT_DEVICE_SIZE);//重新获取设备描述符信息...
}
为什么要以这种方式交错 GET_DESCRIPTOR 和 SET_ADDRESS？
因为设备的硬件和固件在这个领域有时会有缺陷，而这是 Linux 多年来一直采用的方法。
usb_new_device
此函数用于检测但尚未完全枚举的设备。获取设备描述符信息，打印device的相关信息，然后将device添加到usb bus的链表中。
此调用是同步的，不能在中断上下文使用。返回值为设备是否被正确配置。如果接口已在驱动程序核心注册，则返回0。
int usb_new_device(struct usb_device *udev)
{err = usb_enumerate_device(udev); /* Read descriptors */ //获取描述符信息/* Tell the world! */announce_device(udev);err = device_add(&udev->dev);//注册device。将device放入bus的dev链表中，并寻找对应的设备驱动}
总结
当我们插上USB设备，系统会根据电平信号的变化，检测到新设备的接入，接着获取USB设备、配置、接口、端点的数据，并创建新设备。
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