基于OHCI 的主機(jī)控制器的接口設(shè)計(jì)

當(dāng)前有關(guān) USB 的開(kāi)發(fā),少數(shù)基于單 片的無(wú)OS（operating system）的USB 主機(jī)開(kāi)發(fā)大都是由個(gè)人完成，其軟件的耦合度高、接 口不夠清晰、可重用性低。而LINUX 中的USB 主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序由于其復(fù)雜性和對(duì)系統(tǒng)的依賴 性，對(duì)其在無(wú)OS 平臺(tái)上的移植帶來(lái)了一定的困難。

論文以Compaq、Microsoft 等公開(kāi)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(kāi)發(fā)了獨(dú)立于操作系統(tǒng)的USB 主機(jī)底層驅(qū)動(dòng)程序,并在S3C2410 平臺(tái)上得到了驗(yàn)證。下面詳細(xì)論述主機(jī)控制器接口規(guī)范及 驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)。

2 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(shí)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(shí)對(duì)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(dòng)通 過(guò)加工和分解IRP,構(gòu)建相應(yīng)的URB（Universal Request Block）并通過(guò)HCD(Host Controller Driver)提供的接口傳遞給主控制器驅(qū)動(dòng)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(hào)、數(shù)據(jù)傳輸類型、最大包長(zhǎng)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(dòng)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(guò)一組硬件寄存器來(lái)控制HC。HC 通過(guò)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(cuò)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(gè)接口 規(guī)范HCI(Host Controller Interface),HCD 是此接口的具體實(shí)現(xiàn)。目前USB 的HC 芯片組有三 種,而隨之對(duì)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(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)細(xì)節(jié)。

3 HCD 的實(shí)現(xiàn)

USB 主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序（HCD）是USB 軟件協(xié)議棧最底層一部分。HCD 向上僅對(duì) USBD 提供服務(wù)，HCD 提供一個(gè)軟件接口，即HCDI(HCD Interface)，接受USBD 的調(diào)用和 管理。HCD 通過(guò)HC 的操作寄存器和通信域來(lái)管理HC 和實(shí)現(xiàn)USB 數(shù)據(jù)的傳輸。HCD 具體 實(shí)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(gè)ED 對(duì)應(yīng)一個(gè)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(shí)數(shù)據(jù)傳輸同屬此類），HC 通過(guò)相應(yīng)的操作寄存 器訪問(wèn)各個(gè)鏈表。每個(gè)ED 是4 個(gè)32 位數(shù)組成的結(jié)構(gòu)。如下表：