USB 设备枚举与两轮 Probe

Linux 6.8 · 源码路径 drivers/usb/core/
Linux 内核 · USB 子系统：① 协议枚举 → ② hub_port_init → ③ usb_get_descriptor → ④ 本文

1. 核心概念

1.1 两层内核对象

对象	驱动类型	`probe` 包装	职责
`struct usb_device`	`usb_device_driver`（如 `usb`）	`usb_probe_device`	整颗设备：选配置、`SET_CONFIGURATION`
`struct usb_interface`	`usb_driver`（如 `usb-storage`）	`usb_probe_interface`	单个接口：功能驱动 `probe(intf, id)`

二者挂在同一 usb_bus_type 上，由 usb_device_match() 根据节点类型分流，互不交叉匹配。

1.2 四个阶段（按职责划分）

阶段	要解决的问题	USB / 内核状态
① 描述符枚举	设备有哪些 config / interface？	ADDRESS，描述符在内存，未 CONFIGURED
② 设备注册	`usb_device` 如何进 sysfs / 总线？	出现 `2-x.x`，尚无 interface 设备节点
③ 配置激活	选哪个 configuration？	CONFIGURED，`usb_interface` 创建并注册
④ 接口绑定	每个 interface 由谁驱动？	匹配 `usb_driver` 并执行功能驱动 probe

关系： ①② 在 usb_new_device() 内完成；③④ 由第一轮 probe 里的 usb_generic_driver 触发。usb_enumerate_device() 为 static，逻辑主要体现在 ①（usb_get_configuration 等）。

2. 四层流程（主线）

2.1 端到端调用链

text

[Hub] hub_irq → kick_hub_wq → hub_event → port_event
        → hub_port_connect → usb_new_device()
              │
              ├─ ① usb_enumerate_device()
              │     usb_get_configuration / usb_cache_string / quirks
              │
              ├─ ② device_add(&udev->dev)
              │     bus_probe_device → usb_device_match
              │     → really_probe → usb_probe_device
              │           → usb_generic_driver_probe
              │                 │
              │                 ├─ ③ usb_set_configuration()
              │                 │     SET_CONFIGURATION + HCD 端点
              │                 │     device_add(&intf->dev) × N
              │                 │           │
              │                 │           └─ ④ bus_probe → usb_match_id
              │                 │                 → usb_probe_interface
              │                 │                 → driver->probe(intf, id)
              │                 │
              │                 └─ usb_notify_add_device / ep0 sysfs …
              └─ 收尾

2.2 流程图

2.3 驱动核心路径（②③④ 共用）

device_add() 之后，device 与 interface 走同一套驱动核心流程，差异在 usb_device_match() 与 driver.probe：

text

device_add()
  → bus_probe_device()
    → __device_attach() → bus_for_each_drv()
      → usb_device_match(dev, drv)    # 0=不匹配, 1=匹配
      → driver_probe_device()
        → really_probe()
          → drv->probe(dev)
               ├─ usb_device    → usb_probe_device
               └─ usb_interface → usb_probe_interface → driver->probe(intf, id)

注册时 probe 已绑定（driver.c）：

usb_register_device_driver()  → driver.probe = usb_probe_device;
usb_register_driver()       → driver.probe = usb_probe_interface;

3. 两轮 Probe 与匹配规则

3.1 总览

	第一轮	第二轮
触发时机	`device_add(usb_device)` 之后	`usb_set_configuration()` 内每次 `device_add(intf)` 之后
对象	`usb_device`	`usb_interface`
驱动	`usb_device_driver`	`usb_driver`
匹配	`usb_device_match` → `usb_driver_applicable` 等	`usb_match_id` + `usb_match_dynamic_id`
probe 入口	`usb_probe_device`	`usb_probe_interface`
典型工作	选配置、`usb_set_configuration`	`usb-storage` / `cdc_acm` / `hid` 等模块初始化

顺序不可颠倒： interface 设备节点由第一轮中的 usb_set_configuration() 创建；只有完成配置，才会进入第二轮匹配与 probe。

3.2 匹配总入口：`usb_device_match()`

// drivers/usb/core/driver.c — 逻辑摘要
if (is_usb_device(dev)) {
    if (!is_usb_device_driver(drv)) return 0;
    /* device 级规则 */
} else if (is_usb_interface(dev)) {
    if (is_usb_device_driver(drv)) return 0;
    /* interface 级规则 */
}
return 0;

3.3 第一轮：device 匹配与 probe

条件	匹配结果
无 `id_table` 且无 `match`	返回 1，由 `probe()` 决定是否绑定
有 `id_table` / `match`	`usb_driver_applicable()`

usb_driver_applicable()：

驱动提供	需满足
`id_table` + `match`	两者都通过
仅 `id_table`	`usb_device_match_id()` 命中（VID/PID、bcdDevice、设备 class）
仅 `match`	`match(udev) == true`

usb 通用驱动（generic.c，仅 .match）：

udev->use_generic_driver → 匹配；
若其它 usb_device_driver 的 usb_driver_applicable() 为真 → generic 不匹配；
否则 → generic 兜底。

匹配成功后调用 usb_probe_device() → 通常进入 usb_generic_driver_probe() → usb_choose_configuration() + usb_set_configuration()。match 在 attach 阶段已完成，probe 内不再重复匹配。

3.4 第二轮：interface 匹配与 probe

顺序	函数	说明
attach	`usb_match_id` → `usb_match_dynamic_id`	在 `usb_device_match()` 中判断是否绑定该 `usb_driver`
probe	`usb_probe_interface()`	先 `usb_match_dynamic_id`，再 `usb_match_id`；得到 `id` 后调 `driver->probe(intf, id)`

usb_match_one_id() 需同时满足设备字段与接口字段：

usb_match_device(dev, id) && usb_match_one_id_intf(dev, intf, id);

常用 match_flags（mod_devicetable.h）：VENDOR、PRODUCT、DEV_CLASS、INT_CLASS、INT_NUMBER 等。

注意： 设备 bDeviceClass == USB_CLASS_VENDOR_SPEC 时，若表项未指定 MATCH_VENDOR 却匹配接口 class，内核会故意判为不匹配。

3.5 两轮对照（速查）

项目	第一轮	第二轮
匹配函数	`usb_driver_applicable` / 无条件通过	`usb_match_id` + dynamic
id 表侧重	VID/PID、设备 class	可加 interface class/number
兜底驱动	`usb_generic_driver`	无（无匹配则 interface 无驱动）
probe 之后	`SET_CONFIGURATION`、注册 interface	模块 `probe(intf, id)`

4. trace-cmd 跟踪

可用 function graph 从 usb_new_device 或 usb_set_configuration 观察上述调用链：

bash

sudo trace-cmd reset
sudo trace-cmd record -p function_graph \
  -g usb_new_device --max-graph-depth 64 -o /tmp/usb.dat
# 插拔设备后停止
sudo trace-cmd report /tmp/usb.dat -F function_graph | less

目的	建议
查看完整子调用树	`-g usb_new_device`
`hub_port_init` 调用链（插盘 → 地址 + 设备描述符）	hub_port_init
`usb_get_descriptor` 调用链说明	get-descriptor-trace
关注配置与接口注册	`-g usb_set_configuration`
跟踪接口驱动绑定	`-l usb_probe_interface`
带内核栈	录制时加 `--stack`

usb_enumerate_device 为 static，trace 中通常体现为 usb_get_configuration 等子函数；若 kallsyms 无符号，可对 usb_new_device 设 graph 根。

5. 源码索引

文件	关键点
`drivers/usb/core/hub.c`	`hub_irq`、`hub_event`、`usb_new_device`、`usb_enumerate_device`
`drivers/usb/core/message.c`	`usb_set_configuration`
`drivers/usb/core/generic.c`	`usb_generic_driver`、`usb_generic_driver_match`
`drivers/usb/core/driver.c`	`usb_device_match`、`usb_probe_`、`usb_match_`
`drivers/base/core.c`	`device_add`、`bus_probe_device`
`drivers/base/dd.c`	`really_probe`、`driver_probe_device`
`include/linux/mod_devicetable.h`	`struct usb_device_id`

附录：关键代码锚点

/* hub.c — usb_new_device */
usb_enumerate_device(udev);
device_add(&udev->dev);              /* ② 触发第一轮 probe */

/* generic.c — usb_generic_driver_probe */
usb_choose_configuration(udev);
usb_set_configuration(udev, c);      /* ③④ */

/* message.c — usb_set_configuration */
for (i = 0; i < nintf; ++i)
    device_add(&intf->dev);          /* 触发第二轮 probe */

/* driver.c — usb_probe_interface */
id = usb_match_id(intf, driver->id_table);
driver->probe(intf, id);

Linux 6.8

Pinctrl / GPIO

USB 设备枚举与两轮 Probe

目录

1. 核心概念

1.1 两层内核对象

1.2 四个阶段（按职责划分）

2. 四层流程（主线）

2.1 端到端调用链

2.2 流程图

2.3 驱动核心路径（②③④ 共用）

3. 两轮 Probe 与匹配规则

3.1 总览

3.2 匹配总入口：`usb_device_match()`

3.3 第一轮：device 匹配与 probe

3.4 第二轮：interface 匹配与 probe

3.5 两轮对照（速查）

4. trace-cmd 跟踪

5. 源码索引

附录：关键代码锚点

USB 设备枚举与两轮 Probe ​

目录 ​

1. 核心概念 ​

1.1 两层内核对象 ​

1.2 四个阶段（按职责划分） ​

2. 四层流程（主线） ​

2.1 端到端调用链 ​

2.2 流程图 ​

2.3 驱动核心路径（②③④ 共用） ​

3. 两轮 Probe 与匹配规则 ​

3.1 总览 ​

3.2 匹配总入口：usb_device_match() ​

3.3 第一轮：device 匹配与 probe ​

3.4 第二轮：interface 匹配与 probe ​

3.5 两轮对照（速查） ​

4. trace-cmd 跟踪 ​

5. 源码索引 ​

附录：关键代码锚点 ​

USB 设备枚举与两轮 Probe

目录

1. 核心概念

1.1 两层内核对象

1.2 四个阶段（按职责划分）

2. 四层流程（主线）

2.1 端到端调用链

2.2 流程图

2.3 驱动核心路径（②③④ 共用）

3. 两轮 Probe 与匹配规则

3.1 总览

3.2 匹配总入口：`usb_device_match()`

3.3 第一轮：device 匹配与 probe

3.4 第二轮：interface 匹配与 probe

3.5 两轮对照（速查）

4. trace-cmd 跟踪

5. 源码索引

附录：关键代码锚点