RTEMS管理機制與USB驅(qū)動程序設(shè)計

USB_ConfiguIreEndpoint負責(zé)配置端點的最大包長度和傳輸方向，并將端點狀態(tài)設(shè)置為空閑狀態(tài)。端點進入空閑狀態(tài)，如果上層調(diào)用USB_Write進行數(shù)據(jù)發(fā)送，將發(fā)送緩沖區(qū)指向要發(fā)送的數(shù)據(jù)，設(shè)置端點狀態(tài)為寫狀態(tài)，等待USB主機接收數(shù)據(jù)(真正的數(shù)據(jù)傳輸在中斷服務(wù)程序中進行)。寫完成后，端點回到空閑狀態(tài)。數(shù)據(jù)接收與發(fā)送類似。如果設(shè)備出現(xiàn)某種錯誤，主機會向設(shè)備發(fā)送Set_Feature命令，設(shè)備接收到Set_Feature命令，執(zhí)行USB_Halt進入停止?fàn)顟B(tài)。端點處于停止?fàn)顟B(tài)時，如果接收到Clear_Feature，則執(zhí)行USB―ClearHalt清除Halt標(biāo)志，進入Idle狀態(tài)；如果USB設(shè)備由于某種原因無法對當(dāng)前命令進行處理(如不能識別命令，或者沒有準(zhǔn)備好進行數(shù)據(jù)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(shè)備端，存在以下幾類中斷：幀起始中斷、設(shè)備恢復(fù)中斷、設(shè)備掛起中斷和端點中斷。硬件抽象層的中斷服務(wù)例程對各類中斷進行響應(yīng)，判斷中斷類型。如果是與設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的中斷，則需要調(diào)整設(shè)備到相應(yīng)的狀態(tài)，同時調(diào)用上層提供的相應(yīng)回調(diào)函數(shù)；如果是端點中斷，則按照圖5的流程處理。

3．3 USB設(shè)備類驅(qū)動
USB設(shè)備類驅(qū)動包含兩個功能：對標(biāo)準(zhǔn)命令的處理和對基于設(shè)備類的命令的處理。USB類驅(qū)動根據(jù)硬件抽象層提供的接口，與中斷服務(wù)程序協(xié)同管理USB設(shè)備和端點的狀態(tài)。通過為硬件抽象層的中斷服務(wù)程序提供相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，完成特定設(shè)備類要求的操作；同時根據(jù)RTEMS系統(tǒng)的設(shè)備管理機制，為應(yīng)用程序提供設(shè)備驅(qū)動的入口點。
3．3．1 標(biāo)準(zhǔn)命令處理
為了更好地協(xié)調(diào)USB主機與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)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(shè)備的控制。USB設(shè)備必須對來自于主機的控制命令做出響應(yīng)。一般來說，命令都是通過設(shè)備的默認管道傳遞到設(shè)備的。USB協(xié)議定義了11個標(biāo)準(zhǔn)命令，用于配置設(shè)備、獲得設(shè)備的信息等操作。USB設(shè)備必須支持這些標(biāo)準(zhǔn)命令。
3．3．2 基于設(shè)備類的命令處理
除了標(biāo)準(zhǔn)命令以外，USB每種設(shè)備類的協(xié)議又定義了自己的類命令。設(shè)備廠商為了使設(shè)備實現(xiàn)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(nèi)容和使用目的，但也有一些共同的特點：所有命令的結(jié)構(gòu)是一樣的；USB命令是在控制傳輸?shù)脑O(shè)置階段從USB主機發(fā)往設(shè)備的；如果除命令本身外，主機還打算向設(shè)備發(fā)送與命令相關(guān)的信息，那么這些信息將由緊跟在設(shè)置階段的數(shù)據(jù)階段發(fā)出；如果命令要求設(shè)備返回信息，這些信息會在控制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)階段從設(shè)備端發(fā)出；當(dāng)命令完成時，設(shè)備會在握手階段返回ACK；設(shè)備可以返回Stall，表明不支持當(dāng)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(dāng)設(shè)備接收到新的命令時，硬件抽象層的中斷處理函數(shù)會調(diào)用USB設(shè)備類驅(qū)動層提供的回調(diào)函數(shù)；在回調(diào)函數(shù)中，判斷命令的類型，如果是標(biāo)準(zhǔn)命令，則交給標(biāo)準(zhǔn)命令處理函數(shù)處理；否則，交給基于設(shè)備類的命令處理函數(shù)處理。因此，要實現(xiàn)對某種標(biāo)準(zhǔn)USB設(shè)備類型或非標(biāo)準(zhǔn)USB設(shè)備類型的命令的支持，只需要在USB設(shè)備類驅(qū)動層添加對該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類型命令或者自定義命令的處理函數(shù)，這樣使得程序易于擴展。
3．3．4 USB設(shè)備驅(qū)動程序入口函數(shù)
RTEMS系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)該包含下列入口函數(shù)：設(shè)備初始化例程、設(shè)備打開例程、設(shè)備關(guān)閉例程、從設(shè)備中讀出數(shù)據(jù)的例程、向設(shè)備中寫人數(shù)據(jù)的例程和特定于具體設(shè)備的設(shè)備操作例程。如果一個設(shè)備驅(qū)動程序不支持某個特定的入口函數(shù)，在設(shè)備驅(qū)動程序地址表中這個入口函數(shù)的地址值應(yīng)該設(shè)置為空。以下6個函數(shù)是驅(qū)動程序為標(biāo)準(zhǔn)I／O請求提供的入口函數(shù)。
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(shè)備的設(shè)備名，調(diào)用USB_Init實現(xiàn)設(shè)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(shè)備已經(jīng)被成功枚舉(處于配置態(tài))并且未被其他任務(wù)打開，則標(biāo)記設(shè)備已被打開標(biāo)志，成功返回；否則，打開失敗。
③關(guān)閉：rtems_device_driver usb_close(rtems_device_major_number major，rtems_device_minor_number mi―nor，void*arg)。清除設(shè)備打開標(biāo)志。
④讀操作：rtems_device_driver usb_read(rtems_de―vice_major_number major，rtems_device_minor_numberminor，void*arg)。調(diào)用USB_Read()，設(shè)置端點為讀狀態(tài)，等待主機端發(fā)來的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)到達后，中斷服務(wù)程序會把端點設(shè)置為空閑狀態(tài)，函數(shù)將數(shù)據(jù)返回給應(yīng)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(diào)用USB_Write()，設(shè)置端點為寫狀態(tài)，并等待主機接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，中斷服務(wù)程序會將端點設(shè)置為空閑狀態(tài)，函數(shù)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(jù)需要定義。將設(shè)備驅(qū)動程序的入口函數(shù)地址添加到設(shè)備驅(qū)動程序地址表后，就可以通過RTEMS提供的I／0系統(tǒng)調(diào)用對設(shè)備進行操作。

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