extcon驅動及其在USB驅動中的應用

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extcon,是External Connector的簡稱,用於抽象外部連接器,比如說Audio Jack、USB MicroB/TypeC介面等。 ...


extcon,是External Connector的簡稱,用於抽象外部連接器,比如說Audio Jack、USB MicroB/TypeC介面等。它的原型是Android的switch-class驅動,經過修改後在kernel 3.4.0版本時被引入內核中。

Extcon (external connector): import Android's switch class and modify.

External connector class (extcon) is based on and an extension of Android kernel's switch class located at linux/drivers/switch/.

https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/next/linux-next.git/commit/drivers/extcon?h=next-20220502&id=de55d8716ac50a356cea736c29bb7db5ac3d0190

extcon驅動的主要功能是識別外部連接器狀態變化,並將狀態變化通知到與外部連接器相關的其他驅動。

使用extcon驅動,有什麼好處呢?之前的內核都沒有extcon驅動,又是怎麼處理這些外部連接器的?不妨以USB驅動為例,看看使用extcon驅動前後的變化。

USB常見的外部介面有TypeA/B/C三種,其中TypeA/B又有標準A/B、Mini A/B和Micro A/B三種,直接上圖:

這三種不同的介面,TypeA/B只是物理信號上的連接,主控晶元內部沒有針對TypeA/B的專用控制器,可通過VBUS和ID兩個腳的狀態來識別是否接入了USB主機或USB外設。接入主機前,VBUS腳上沒有電壓,接入主機後,主機端會在VBUS腳上提供5V電壓;接入外設前,ID腳為高電平,接入外設後,ID腳被拉低。於是軟體可以通過主動讀取這兩個腳的電平或者非同步響應這兩個腳的中斷來獲知狀態的變化。

TypeC就有點特別,從TypeC規範可以看到,TypeC是有一個狀態機的,從Unattached狀態走到Attached Sink狀態(做從設備)或者Attached Source狀態(做主機),主控晶元內部是有相應的控制器的,控制器會通過寄存器彙報狀態變化,並產生中斷通知主控。TypeC控制器需要軟體進行相應的編程來配置和使能它。

截圖來自官方規範:USB Type-C 2.1 Release

https://www.usb.org/document-library/usb-type-cr-cable-and-connector-specification-release-21

 

以上就是USB針對不同外部介面所面臨的狀況。在extcon驅動出現之前,同一份USB控制器驅動代碼,比較常見的做法就是在設備樹(dts)中指明是哪種介面,USB控制器驅動代碼中會解析設備樹中的定義,通過if...else...來走不同的代碼邏輯。如果是MicroB介面,就註冊VBUS和ID腳的中斷、查詢IO腳的電平狀態;如果是TypeC介面,就註冊TypeC的中斷,查詢TypeC的狀態。假設後續又有新的介面出現,工作原理不同於已有的介面,那就又需要在USB控制器驅動中去增加相關代碼。

在extcon驅動出現後,USB控制器驅動就能和外部介面驅動解耦。在USB控制器驅動看來,不管外部介面是什麼,我只需知道外部介面狀態的變化就好了,比如是否接入主機了、是否有設備接入了。使用extcon驅動提供的函數介面來註冊notifier,當外部介面狀態變化時,extcon驅動負責回調notifier,USB控制器驅動代碼無需再針對不同的外部介面改來改去。不同的外部介面,都用extcon來抽象自己的行為。

以上都是原理性的介紹,最後還是要落實到代碼上才夠清晰。以內核原生代碼為例:

drivers\extcon\extcon-usb-gpio.c  //extcon驅動示例drivers\usb\dwc3\dwc3-omap.c  //使用extcon示例

extcon-usb-gpio.c實現了通過IO腳(VBUS和ID)檢測USB插拔的extcon驅動。整個驅動是以platform driver為框架。

在驅動的probe函數中,會從設備樹獲取VBUS和ID腳對應的GPIO。設備樹中定義了這個extcon設備的相關屬性。

接著會分配並註冊一個extcon device。usb_extcon_cable數組定義了這個extcon device所支持的狀態類型,EXTCON_USB表示USB做Device,EXTCON_USB_HOST表示USB做Host。狀態值當然是插入或者拔出。

最後註冊ID腳和VBUS腳的中斷,註意這裡兩個腳的中斷處理函數都是usb_irq_handler。兩個腳的中斷處理函數也不是非要是同一個,這裡設置為同一個,是為了邏輯處理上的方便,因為VBUS和ID腳要聯合判斷。

usb_irq_handler函數里會queue work,這個work對應的處理函數如下圖。通過extcon_set_state_sync函數通知其他驅動,只要有驅動註冊了相應的notifier,就會被通知到。

以上是extcon-usb-gpio.c的實現,類似地,TypeC驅動也可以註冊extcon device,通過extcon_set_state_sync函數向其他驅動彙報狀態,這裡就不再重覆地舉例。

最後看看dwc3-omap.c如何使用extcon。該驅動的probe函數中會調用下圖函數,該函數首先調用extcon_get_edev_by_phandle從設備樹獲取extcon device,然後註冊notifier,當extcon device狀態變化時,notifier被回調;也可以通過extcon_get_state主動查詢extcon device的狀態。

 

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作者:bigfish99

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