设备描述符

前言

一直以来对设备描述符这个概念云里雾里的：

• 什么是设备描述符？
• 设备描述符是个结构体还是结构体指针？
• 为什么要有设备描述符？
• 设备描述符的作用？
• 设备描述符是根据什么定义的？

启发

今天看《Linux那些事儿之我是USB》，书中的一句话拨开了我心中的迷雾：

/* USB_DT_DEVICE: Device descriptor */
struct usb_device_descriptor {
	__u8  bLength;
	__u8  bDescriptorType;

	__le16 bcdUSB;
	__u8  bDeviceClass;
	__u8  bDeviceSubClass;
	__u8  bDeviceProtocol;
	__u8  bMaxPacketSize0;
	__le16 idVendor;
	__le16 idProduct;
	__le16 bcdDevice;
	__u8  iManufacturer;
	__u8  iProduct;
	__u8  iSerialNumber;
	__u8  bNumConfigurations;
} __attribute__ ((packed));
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哦，设备描述符就是个结构体，它是根据 Spec（或者 Chip Datasheet）定义的。
这时候我先没着急打开 Spec 去看 Table 9-8 长啥样，但是已经猜的八九不离十了，肯定是一组寄存器。
我先去想，如果让我去设计一颗 IC（比如说 USB_LED 控制芯片），我

• 如何让 CPU 知道我是一个 USB 设备呢？
• 如何让 CPU 知道我是一个 LED 设备呢？
• 如何让 CPU 知道我是哪个厂家的呢？
• 如何让 CPU 知道我有哪些属性（开、关、亮度、颜色、闪烁等）呢？

肯定得有一组寄存器（或者 e2prom）来存储以上信息，这样 CPU 就可以从我的寄存器中读取我的设备信息，进而知道我是一个什么设备，应该给我安装什么样的驱动，我具有哪些属性，后续可以对我进行哪些操作等等。
同时，CPU 也得有变量去存储我的设备信息，因为设备信息不止一个，同时它们又都有一个共性都是设备信息，所以就把这些变量统一放在一个结构体里面方便维护和使用，这个结构体就是设备描述符。
我画个图把脑海中的图像展现出来，如下：

USB Spec Table9-8

打开 USB2.0 Spec，看到了 Table 9-8 描述的设备信息，和内核代码中定义的 struct usb_device_descriptor 完全一致，就连变量名称都是完全使用 Spec 中的。

总结

外设有一组寄存器用来表示自身的设备信息，内核需要一个设备描述符用来存储外设的这一组设备信息。因此设备描述符中的每个成员变量对应一个寄存器，通常设备描述符这个 struct 会设置成字节对齐，以保证整个结构体大小和一组寄存器大小完全相等，且其中每个成员一一对应。