采用單片無操作系統(tǒng)的 USB 主機(jī)控制器接口設(shè)計
論文以Compaq、Microsoft 等公開的 USB 主機(jī)控制器接口規(guī)范為基礎(chǔ),遵循USB 主機(jī)的協(xié)議規(guī)范,開發(fā)了獨(dú)立于操作系統(tǒng)的USB 主機(jī)底層驅(qū)動程序,并在S3C2410 平臺上得到了驗證。下面詳細(xì)論述主機(jī)控制器接口規(guī)范及 驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/149293.htm2 USB 體系結(jié)構(gòu)
USB 體系包括一系列的硬件層和軟件層,如圖1 所示。
為了實現(xiàn)其可重用性和適合嵌入式系統(tǒng)特性,圖 1 借鑒了PC 機(jī)上的USB 主機(jī)系統(tǒng)結(jié) 構(gòu),同時對一些在嵌入式系統(tǒng)中不必要的功能進(jìn)行了取舍。用戶程序和USB 設(shè)備類驅(qū)動通 過加工和分解IRP,構(gòu)建相應(yīng)的URB(Universal Request Block)并通過HCD(Host Controller Driver)提供的接口傳遞給主控制器驅(qū)動程序HCD。HCD 處理URB 并建立相應(yīng)的端點(diǎn)ED 和傳輸數(shù)據(jù)TD,其基本信息包括:USB 設(shè)備地址和端點(diǎn)號、數(shù)據(jù)傳輸類型、最大包長度、傳輸 方向、傳輸速度和內(nèi)存緩沖區(qū)地址等,細(xì)節(jié)在下文介紹。然后啟動HC(Host Controller)進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸。HCD 還負(fù)責(zé)主機(jī)控制器HC 的管理,通過一組硬件寄存器來控制HC。HC 通過USB 總線與設(shè)備相連,在HCD 的控制下處理數(shù)據(jù)的輸入輸出。HC 還提供協(xié)議引擎、差錯處理、 遠(yuǎn)程喚醒、幀產(chǎn)生等功能。
HC 是USB 主機(jī)系統(tǒng)的硬件核心,它位于USB 協(xié)議棧中最低層,HC 向上提供一個接口 規(guī)范HCI(Host Controller Interface),HCD 是此接口的具體實現(xiàn)。目前USB 的HC 芯片組有三 種,而隨之對應(yīng)的HCI 也有三種:EHCI(Enhanced Host ControllerInterface);OHCI(Open Host Controller Interface);UHCI(Universal Host Controller Interface)。論文將以嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用較 多的OHCI 為例,介紹接口規(guī)范和驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)細(xì)節(jié)。
3 HCD 的實現(xiàn)
USB 主機(jī)控制器驅(qū)動程序(HCD)是USB 軟件協(xié)議棧最底層一部分。HCD 向上僅對 USBD 提供服務(wù),HCD 提供一個軟件接口,即HCDI(HCD Interface),接受USBD 的調(diào)用和 管理。HCD 通過HC 的操作寄存器和通信域來管理HC 和實現(xiàn)USB 數(shù)據(jù)的傳輸。HCD 具體 實現(xiàn)如下:
3.1 HCD 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建
HCD 主要構(gòu)建的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有端點(diǎn)描述符ED(Endpoint Descriptor)、傳輸描述符TD(Transfer Descriptor)。
3.1.1 ED(Endpoint Descriptor)
在OHCI 上,每個ED 對應(yīng)一個USB 設(shè)備端點(diǎn),不同的設(shè)備端點(diǎn)擁有不同的ED。同種 傳輸類型的ED 組成一鏈表,OHCI 有三種ED 鏈表:控制傳輸數(shù)據(jù)鏈表、批量傳輸數(shù)據(jù)鏈 表和周期性數(shù)據(jù)鏈表(中斷數(shù)據(jù)傳輸和等時數(shù)據(jù)傳輸同屬此類),HC 通過相應(yīng)的操作寄存 器訪問各個鏈表。每個ED 是4 個32 位數(shù)組成的結(jié)構(gòu)。如下表:
程序中的ED 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下:
struct ed {
U32 hwINFO;//ED 的配置位圖
U32 hwTailP;//指向該ED 相關(guān)TD 鏈的最后一個TD
U32 hwHeadP;//指向該ED 相關(guān)TD 鏈的首TD
U32 hwNextED;//指向下個ED
//以下部分只是供HCD 使用
struct ed *ed_prev;//指向前個ED
U8 state;//ED 的狀態(tài)(ed_new,ed_unlink,ed_oper,ed_del,ed_urb_del)
U8 type;//傳輸類型(pipe_control,pipe_bulk,pipe_interupt,pipe_iso)
struct ed *ed_rm_list;//指向移除的ED 鏈
struct usb_device *usb_dev;//對應(yīng)的USB 設(shè)備
void *purb;//指向相應(yīng)的urb
//以下用于處理周期性鏈表
U8 int_branch;
U8 int_load;
U8 int_interval;
U16 last_iso;
};
3.1.2 TD(Transfer Descriptor)
TD 是個定長數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),HC 通過訪問TD 來獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)和一些標(biāo)志信 息等。傳輸描述符TD 包括兩種:通用TD(General TD)和等時TD(Isochronous TD),GTD 用來支持USB 的中斷、批量、控制三種數(shù)據(jù)傳輸方式,ITD 用來支持USB 等時數(shù)據(jù)傳輸。 GTD 是個有4 個32 位數(shù)組成的數(shù)據(jù)區(qū),而ITD 則是有8 個32 位數(shù)組成的數(shù)據(jù)區(qū)。由于篇 幅限制程序中的TD 結(jié)構(gòu)就不多敘。
3.2 HCD 與USBD 接口的實現(xiàn)
HCD 向USBD 提供了以下三個接口函數(shù),USBD 通過這些接口函數(shù)訪問主機(jī)控制器。定 義如下:
U32 get_frame_number(struct usb_device*usb_dev);//讀取主機(jī)控制器幀數(shù)目
U32 ohci_submit_urb (struct urb *urb);//提交一個urb 給HCD
U32 ohci_unlink_urb (struct urb *urb)//從HCD 上取消一個已提交的urb
當(dāng)USBD對來自上層的IRP 請求包處理并建立URB后,通過接口函數(shù)ohci_submit_urb( ) 向HCD 傳遞URB。ohci_submit_urb()先獲得或分配相應(yīng)的ED 并做一些與ED 相關(guān)的配置處 理,分配所需數(shù)目的TD。然后調(diào)用td_submit_urb()處理與TD 相關(guān)的操作,最后將由HC 執(zhí)行相應(yīng)的傳輸處理。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
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