基于RTEMS的USB設備驅動程序設計

3.2.2 端點狀態(tài)管理

USB設備與主機的通信可以通過對USB端點狀態(tài)的控制來完成。USB設備端點可以定義3個不同狀態(tài)：空閑(Idle)狀態(tài)、停止(Halt)狀態(tài)和讀/寫(W/R)狀態(tài)。USB硬件抽象層提供USB_ConfigureEndpoint、USB_Write、USB_Read、 USB_EndOfTransfer、USB_Stall、USB_HaIt和USB_ClearHalt七個功能函數對設備的狀態(tài)進行管理，端點的狀態(tài)轉換過程如圖4所示。

USB_ConfiguIreEndpoint負責配置端點的最大包長度和傳輸方向，并將端點狀態(tài)設置為空閑狀態(tài)。端點進入空閑狀態(tài)，如果上層調用 USB_Write進行數據發(fā)送，將發(fā)送緩沖區(qū)指向要發(fā)送的數據，設置端點狀態(tài)為寫狀態(tài)，等待USB主機接收數據(真正的數據傳輸在中斷服務程序中進行)。寫完成后，端點回到空閑狀態(tài)。數據接收與發(fā)送類似。如果設備出現某種錯誤，主機會向設備發(fā)送Set_Feature命令，設備接收到 Set_Feature命令，執(zhí)行USB_Halt進入停止狀態(tài)。端點處于停止狀態(tài)時，如果接收到Clear_Feature，則執(zhí)行USB— ClearHalt清除Halt標志，進入Idle狀態(tài);如果USB設備由于某種原因無法對當前命令進行處理(如不能識別命令，或者沒有準備好進行數據傳輸)，則執(zhí)行USB_Stall通知主機發(fā)生錯誤，但端點的狀態(tài)不變。

3.2.3 中斷管理

在USB設備端，存在以下幾類中斷：幀起始中斷、設備恢復中斷、設備掛起中斷和端點中斷。硬件抽象層的中斷服務例程對各類中斷進行響應，判斷中斷類型。如果是與設備狀態(tài)相關的中斷，則需要調整設備到相應的狀態(tài)，同時調用上層提供的相應回調函數;如果是端點中斷，則按照圖5的流程處理。

3.3 USB設備類驅動

USB設備類驅動包含兩個功能：對標準命令的處理和對基于設備類的命令的處理。USB類驅動根據硬件抽象層提供的接口，與中斷服務程序協(xié)同管理USB設備和端點的狀態(tài)。通過為硬件抽象層的中斷服務程序提供相應的回調函數，完成特定設備類要求的操作;同時根據RTEMS系統(tǒng)的設備管理機制，為應用程序提供設備驅動的入口點。

3.3.1 標準命令處理

為了更好地協(xié)調USB主機與設備之間的數據通信，USB規(guī)范定義了一套命令，用于完成主機對總線上的USB設備的控制。 USB設備必須對來自于主機的控制命令做出響應。一般來說，命令都是通過設備的默認管道傳遞到設備的。USB協(xié)議定義了11個標準命令，用于配置設備、獲得設備的信息等操作。USB設備必須支持這些標準命令。

3.3.2 基于設備類的命令處理

除了標準命令以外，USB每種設備類的協(xié)議又定義了自己的類命令。設備廠商為了使設備實現某種特殊的功能，還可以定義廠商專有的命令。

所有的命令雖然有不同的內容和使用目的，但也有一些共同的特點：所有命令的結構是一樣的;USB命令是在控制傳輸的設置階段從USB主機發(fā)往設備的;如果除命令本身外，主機還打算向設備發(fā)送與命令相關的信息，那么這些信息將由緊跟在設置階段的數據階段發(fā)出;如果命令要求設備返回信息，這些信息會在控制傳輸的數據階段從設備端發(fā)出;當命令完成時，設備會在握手階段返回ACK;設備可以返回Stall，表明不支持當前命令或無法完成命令要求的操作。

3.3.3 命令的處理流程

當設備接收到新的命令時，硬件抽象層的中斷處理函數會調用USB設備類驅動層提供的回調函數;在回調函數中，判斷命令的類型，如果是標準命令，則交給標準命令處理函數處理;否則，交給基于設備類的命令處理函數處理。因此，要實現對某種標準USB設備類型或非標準USB設備類型的命令的支持，只需要在USB 設備類驅動層添加對該標準設備類型命令或者自定義命令的處理函數，這樣使得程序易于擴展。

3.3.4 USB設備驅動程序入口函數

RTEMS系統(tǒng)的設備驅動程序應該包含下列入口函數：設備初始化例程、設備打開例程、設備關閉例程、從設備中讀出數據的例程、向設備中寫人數據的例程和特定于具體設備的設備操作例程。如果一個設備驅動程序不支持某個特定的入口函數，在設備驅動程序地址表中這個入口函數的地址值應該設置為空。以下6個函數是驅動程序為標準I/O請求提供的入口函數。

①初始化：rtems_device_driver usb_initialize(rtems_device_major_number maior，rtems_device_minor_numberminor，vold*arg)。在RTEMS系統(tǒng)中注冊USB設備的設備名，調用 USB_Init實現設備的功能和狀態(tài)初始化，注冊中斷。

②打開：rtems_device_driver usb_open(rtems_device_major_number major，rtems_device_minor_number mi—nor，void*arg)。如果設備已經被成功枚舉(處于配置態(tài))并且未被其他任務打開，則標記設備已被打開標志，成功返回;否則，打開失敗。

③關閉：rtems_device_driver usb_close(rtems_device_major_number major，rtems_device_minor_number mi—nor，void*arg)。清除設備打開標志。

④讀操作：rtems_device_driver usb_read(rtems_de—vice_major_number major，rtems_device_minor_numberminor，void*arg)。調用USB_Read()，設置端點為讀狀態(tài)，等待主機端發(fā)來的數據，數據到達后，中斷服務程序會把端點設置為空閑狀態(tài)，函數將數據返回給應用程序。

⑤寫操作：rtems_device_driver usb_write(rtems_de—vice_major_number major，rtems_device_minor_numberminor，void*arg)。調用USB_Write()，設置端點為寫狀態(tài)，并等待主機接收數據，數據發(fā)送完成后，中斷服務程序會將端點設置為空閑狀態(tài)，函數返回。

⑥控制操作：rtems_device_driver usb_control(rtems_device_major_number major，rtems_device_minor_num—ber minor，void*arg)。具體操作根據需要定義。將設備驅動程序的入口函數地址添加到設備驅動程序地址表后，就可以通過RTEMS提供的I/0系統(tǒng)調用對設備進行操作。

結 語

在RTEMS系統(tǒng)的移植和應用開發(fā)過程中，設備驅動程序的編寫是十分重要的一環(huán)。USB由于其協(xié)議的復雜性，成為驅動開發(fā)中的難點之一。本文對RTEMS 系統(tǒng)下USB設備驅動程序的設計與實現進行了詳細論述，相應程序在AT91RM9200開發(fā)板上得以實現和驗證。本設計著眼于程序的可移植性和可擴展性，采用層次結構，實現了硬件平臺與USB具體設備類驅動的分離，使其能夠方便地移植到其他硬件平臺上并實現對特定USB設備類型的支持。同時，由于與操作系統(tǒng)的耦合度較小，驅動程序還可以方便地移植到其他的操作系統(tǒng)上。