VxWorks實時操作系統(tǒng)的USB驅(qū)動程序原理與分析

　　在棧的最底部是USB主控制器(USB HC， 即USB Host Controller)， 這是主系統(tǒng)中控制每一個USB設(shè)備的硬件部分。

　　目前，市場上主要有兩大類USB主控制器，一種是支持由ime1公司最先提出的通用主控制器接口(Universal Host Controller Interface，簡稱UHCI)，另一種是支持由微軟、康柏和國家半導(dǎo)體公司聯(lián)合設(shè)計提出的開放主控制器接口(Open Host Controller Interface，簡稱OHCI)。硬件廠商一般根據(jù)這兩個規(guī)范設(shè)計他們的USB主控制器。

　　對于每一類型的主控制器都有一個與硬件獨立的USB主控制器驅(qū)動(Host Controller Driver，簡稱HCD)。WindRiver提供了兩個驅(qū)動：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器庫)和usbHedOheiLib (OHCI主控制器庫)。USB主驅(qū)動(USB host driver，簡稱USBD)和HCD之間的接口允許一個或超過一個的底層主控制器。而且，WindRiver的USBD能夠同時連接多個USB HCD。這樣的設(shè)計特點可以使開發(fā)者建立復(fù)雜的USB系統(tǒng)。

　　USBD是在HCD之上的與硬件獨立的模塊。USBD管理每一個與主機相連的USB設(shè)備，向更高層次提供了可與USB設(shè)備通信的路徑。它還負(fù)責(zé)自動處理USB電力管理以及USB帶寬管理。而且，USBD還管理 USB hub，Hub功能是一個驅(qū)動能否對USB正確操作的評價之一。因此WindRiver的USBD設(shè)計者要使USBD透明地處理hub的功能。這意味著， USBD 還能處理USB hub和設(shè)備的動態(tài)插拔。
　　USB Client模塊在USB主驅(qū)動棧的頂端。USB類驅(qū)動(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USB類驅(qū)動負(fù)責(zé)管理連接到USB上的不同類型的設(shè)備；它們依靠USBD來提供與每個設(shè)備的通信路徑。 USB client模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設(shè)備通信的應(yīng)用程序。

4、 USBD驅(qū)動詳解

　　這一部分將要描述USBD(USB Host Driver)的典型應(yīng)用。例如初始化，client注冊，動態(tài)連接注冊，設(shè)備配置，數(shù)據(jù)傳輸，同時還探討了USBD內(nèi)部設(shè)計的關(guān)鍵特性。這部分是VxWorks下USB驅(qū)動的核心。

4.1 初始化USBD：分為兩步

　　(1)必須至少調(diào)用一次函數(shù)usbdInitialize()。在一個給定的系統(tǒng)中，usbdlnifialize()初始化內(nèi)部USBD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并依次調(diào)用其它USB驅(qū)動棧模塊的入口。usbdinitialize()可以在啟動時調(diào)用一次，也可以對每一個設(shè)備各調(diào)用一次。USBD 自己記錄了調(diào)用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次數(shù)。只有大于等于1時才是真正初始化了，而等于 0是關(guān)閉了。

　　(2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函數(shù)來把至少一個HCD連接到USBD上。這一過程既可以在VxWorks啟動時，也可以在運行時把HCD 連接到USBD 上去。后一種機制可以支持“熱插拔”，而不用象前一種那樣需要重新啟動。

4.2 HCD的連接(attaching)與斷開(detaching)

　　當(dāng)HCD連接到USBD 時，調(diào)用者為usbdHedattaeh函數(shù)傳遞HCD執(zhí)行入口(表HCD_EXEC_FUNC)和HCD連接參數(shù)(HCD attach parameter)。USBD用HCD FNC ATYACH 服務(wù)請求依次激活HCD的執(zhí)行入口，傳遞同樣的HCD attach參數(shù)。

　　需要強調(diào)雖然可以改變用HCD定義的參數(shù)，但是最好不應(yīng)該有所改變。對于WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach參數(shù)是一個指向結(jié)構(gòu)PCI_CFG_HEADER (定義在pciConstants.h) 的指針。

　　該結(jié)構(gòu)用UHCI和OHCI主控制器的PCI配置頭來初始化，而HCD用這個結(jié)構(gòu)中的信息來定位，管理特定的主控制器。典型的，調(diào)用者用 usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()來得到想要的主控制器的PCI配置頭- 這兩個函數(shù)定義在usbPciLib 中(stubUsbarchPciLib.h中)。如果有UHCI或OHCI要連接到USBD，就要調(diào)用這些函數(shù)來獲得每一個主控制器的 PCI_CFG_HEADER。然后利用usbdHedAttaeh來激活已鑒別出的每一個主控制器。

　　注意：底層BSP可能不支持USB的HCD斷開，因為當(dāng)中斷向量表重新使能時，如果還應(yīng)用的是過期的向量表，會導(dǎo)致錯誤。

4.3 啟動順序

　　必須在所有USBD函數(shù)前執(zhí)行函數(shù)usbdInitialize()。存在以下兩種調(diào)用方式：
　　(1)傳統(tǒng)的“啟動”初始化。執(zhí)行順序與其意義如下：
　　a．usbdInitialize()；
　　b．usbdPciClassFind()：定位一個USB主控制器；
　　c．usbdPeiConfigHeaderGet()：讀USB主控制器配置頭；
　　d．usbdHedAttaeh()：連接HCD，將其作為特定的主控制器：
　　e．調(diào)用USB class driver初始化入口點；
　　f．USB class driver調(diào)用usbdlnitialize()。

　　(2)“熱插拔”調(diào)用。執(zhí)行順序與其意義如下：
　　Boot Code里調(diào)用：
　　a．USB class driver初始化入口點；
　　b．USB class driver調(diào)用usbdlnitialize()；
　　Hot-Swap code調(diào)用：
　　c．Hot-Swap 鑒別USB主控制器的連接或斷開；
　　d．Usbdlnitialize()；
　　e．UsbdPciConfigHeaderGet()：讀USB主控制器配置頭；
　　f．UsbdHedAttaeh()：連接HCD，將其作為特定的主控制器。

　　因為熱插拔可以在任何時刻發(fā)生，所以USBD和其Client都必須被寫成可以動態(tài)識別USB設(shè)備被插入還是被拔出。當(dāng)主控制器連接到系統(tǒng)時，USBD 自動地鑒別與其相連的設(shè)備，并通知相關(guān)的client；同樣，拔出設(shè)備時，也要通知相關(guān)設(shè)備。重要的是，USBD 的client，比如USB class driver，在client初始化時，從不設(shè)想特定的設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)；而在其他時候，這些驅(qū)動隨時檢查設(shè)備是否已經(jīng)連接到系統(tǒng)上。

4.4 總線任務(wù)

　　對每一個連接到USBD 的主控制器，例如插入或拔出設(shè)備，USBD都會產(chǎn)生一個總線任務(wù)，來監(jiān)控總線事件。一般情況下，這些任務(wù)是休眠的(不消耗CPU)，只有當(dāng)USB hub報告它的一個端口有變化時，它們才被喚醒。每一個USBD總線任務(wù)有VxWorks任務(wù)名：UsbdBus。

　　雖然 HCD委托USBD來管理，但有可能HCD 親自監(jiān)視主控制器事件。例如WindRiver提供了UHCI和OHCI的HCD來創(chuàng)造這樣的任務(wù)。對于WindRiver的UHCI模塊 (usbHcdUheiLib)，后臺任務(wù)只是被周期地喚醒，目的是為了檢查超時IRP(用一個中斷來通知OHCI根hub發(fā)生改變)。
　　
　　用以在USBD和USB之問進行通信的client模塊，除了調(diào)用usbdlnitialize()外，必須調(diào)用usbClientRegister ()使其在USBD注冊。當(dāng)一個client注冊到USBD時，USBD把每一個以后將要用到的client的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定位，并跟蹤那個client的請求。

　　對于每一個client，在client注冊過程中，USBD還創(chuàng)建了一個callback任務(wù)。在成功注冊 client后，USBD返回一個句柄USBD_CLIENT_HANDLE。以下對USBD的調(diào)用，將會用到這個句柄。當(dāng)所有句柄都不需要時，可以調(diào)用 usbdClientUnregister()來釋放每一個client的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和callback任務(wù)。注意：此時所有client要求的任務(wù)都會被取消。

　　例如：注冊一個叫USBD_TEST的client，再注銷。
　　注冊：usbdClientRegister("USBD_TEST'，usbdClientHandle)；
　　注銷：usbdClientUnregister(usbdClientHandle)；