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VxWorks下USB驅動總結2
3:USBD驅動詳解
這一部分將要描述USBD(USB Host Driver)的典型應用。例如初始化，client注冊，動態連接注冊，設備配置，數據傳輸，同時還探討了USBD內部設計的關鍵特性。這部分是VxWorks下USB驅動的核心。
1 初始化USBD：分為兩步
(1)必須至少調用一次函數usbdInitialize()。在一個給定的係統中，usbdlnifialize()初始化內部USBD數據結構，並依次調用其它USB驅動棧模塊的入口。usbdinitialize()可以在啟動時調用一次，也可以對每一個設備各調用一次。USBD 自己記錄了調用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次數。隻有大於等於1時才是真正初始化了，而等於0是關閉了。
...
/* Initialize the USBD. */
if (usbdInitialize () != OK)
return ERROR;
...
...
/* application code. */
...
...
/* Shut down the USBD. Note: we only execute this code if the return
* code from usbdInitialize() was OK. Note also that there’s really no
* reason to check the result of usbdShutdown().
*/
usbdShutdown ();
(2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函數來把至少一個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。後一種機製可以支持“熱插拔”，而不用象前一種那樣需要重新啟動。
2 HCD的連接(attaching)與斷開(detaching)
當HCD連接到USBD 時，調用者為usbdHedattaeh函數傳遞HCD執行入口(表HCD_EXEC_FUNC)和HCD連接參數(HCD attach parameter)。USBD用HCD FNC ATYACH 服務請求依次激活HCD的執行入口，傳遞同樣的HCD attach參數。
需要強調雖然可以改變用HCD定義的參數，但是最好不應該有所改變。對於WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach參數是一個指向結構PCI_CFG_HEADER (定義在pciConstants.h) 的指針。
該結構用UHCI和OHCI主控製器的PCI配置頭來初始化，而HCD用這個結構中的信息來定位，管理特定的主控製器。典型的，調用者用usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()來得到想要的主控製器的PCI配置頭- 這兩個函數定義在usbPciLib 中(stubUsbarchPciLib.h中)。如果有UHCI或OHCI要連接到USBD，就要調用這些函數來獲得每一個主控製器的PCI_CFG_HEADER。然後利用usbdHedAttaeh來激活已鑒別出的每一個主控製器。
注意：底層BSP可能不支持USB的HCD斷開，因為當中斷向量表重新使能時，如果還應用的是過期的向量表，會導致錯誤。
//掛接過程
UINT8 busNo;
UINT8 deviceNo;
UINT8 funcNo;
PCI_CFG_HEADER pciCfgHdr; /* PCI_CFG_HEADER defined in
pciConstants.h */
GENERIC_HANDLE uhciAttachToken; /* GENERIC_HANDLE defined in
usbHandleLib.h */
/* Locate the first (0th) UHCI controller. UHCI_CLASS, etc., are defined
* in usbUhci.h. The functions usbPciClassFind() and
* usbPciConfigHeaderGet() are exported by usbPciLib.
*/
if (!usbPciClassFind (UHCI_CLASS, UHCI_SUBCLASS, UHCI_PGMIF, 0,
&busNo, &deviceNo, &funcNo))
{
/* No UHCI controller was found. */
return ERROR;
}
usbPciConfigHeaderGet (busNo, deviceNo, funcNo, &pciCfgHdr);
/* Attach the UHCI HCD to the USBD. The function usbHcdUhciExec() is
* exported by usbHcdUhciLib.
*/
if (usbdHcdAttach (usbHcdUhciExec, &pciCfgHdr, &uhciAttachToken) != OK)
{
/* USBD failed to attach to UHCI HCD. */
return ERROR;
}
/* Attachment is complete. */
//取消掛接
/* Detach the UHCI HCD from the HCD. */
usbdHcdDetach (uhciAttachToken);
/* Detach is complete! */
3 啟動順序
必須在所有USBD函數前執行函數usbdInitialize()。存在以下兩種調用方式：
(1)傳統的“啟動”初始化。執行順序與其意義如下：
a．usbdInitialize()；
b．usbdPciClassFind()：定位一個USB主控製器；
c．usbdPeiConfigHeaderGet()：讀USB主控製器配置頭；
d．usbdHedAttaeh()：連接HCD，將其作為特定的主控製器：
e．調用USB class driver初始化入口點；
f．USB class driver調用usbdlnitialize()。
(2)“熱插拔”調用。執行順序與其意義如下：
Boot Code裏調用：
a．USB class driver初始化入口點；
b．USB class driver調用usbdlnitialize()；
Hot-Swap code調用：
c．Hot-Swap 鑒別USB主控製器的連接或斷開；
d．Usbdlnitialize()；
e．UsbdPciConfigHeaderGet()：讀USB主控製器配置頭；
f．UsbdHedAttaeh()：連接HCD，將其作為特定的主控製器。
因為熱插拔可以在任何時刻發生，所以USBD和其Client都必須被寫成可以動態識別USB設備被插入還是被拔出。當主控製器連接到係統時，USBD 自動地鑒別與其相連的設備，並通知相關的client；同樣，拔出設備時，也要通知相關設備。重要的是，USBD 的client，比如USB class driver，在client初始化時，從不設想特定的設備已經出現；而在其他時候，這些驅動隨時檢查設備是否已經連接到係統上。
4 總線任務
對每一個連接到USBD 的主控製器，例如插入或拔出設備，USBD都會產生一個總線任務，來監控總線事件。一般情況下，這些任務是休眠的(不消耗CPU)，隻有當USB hub報告它的一個端口有變化時，它們才被喚醒。每一個USBD總線任務有VxWorks任務名：UsbdBus。
雖然HCD委托USBD來管理，但有可能HCD 親自監視主控製器事件。例如WindRiver提供了UHCI和OHCI的HCD來創造這樣的任務。對於WindRiver的UHCI模塊(usbHcdUheiLib)，後台任務隻是被周期地喚醒，目的是為了檢查超時IRP(用一個中斷來通知OHCI根hub發生改變)。
用以在USBD和USB之問進行通信的client模塊，除了調用usbdlnitialize()外，必須調用usbClientRegister()使其在USBD注冊。當一個client注冊到USBD時，USBD把每一個以後將要用到的client的數據結構定位，並跟蹤那個client的請求。
對於每一個client，在client注冊過程中，USBD還創建了一個callback任務。在成功注冊client後，USBD返回一個句柄USBD_CLIENT_HANDLE。以下對USBD的調用，將會用到這個句柄。當所有句柄都不需要時，可以調用usbdClientUnregister()來釋放每一個client的數據結構和callback任務。注意：此時所有client要求的任務都會被取消。
例如：注冊一個叫USBD_TEST的client，再注銷。
注冊：usbdClientRegister("USBD_TEST，&usbdClientHandle)；
注銷：usbdClientUnregister(usbdClientHandle)；
5 client回調(callback)任務
USB操作是嚴格遵守時序的。例如為使中斷傳輸和同步傳輸正確工作．需要依靠時鍾中斷。在一個有幾個不同client出現的主係統中．總是有可能出現一個client打斷其它client傳輸事件的發生。WindRiver USBD建議用client callback任務來解決這個問題。許多USB事件可以導致一個USB client的callback任務。例如， 每當USBD 完成USB IRP後，client的IRP callback函數被激活。同樣，當USBD識別出一個動態連接事件後，會激活一個或更多的動態attach callback操作。但不是馬上激活這些回調操作， 而是安排合適的相應的USBD client的回調任務來執行callback。
一般的情況下，每一個client的callback任務處於“休眠”態(阻塞態)。每一個client的callback，繼承了usbdClientRegister()產生的VxWorks任務優先級。這確保了每一個callback按其client的任務優先級來執行，而且可以利用優先級來寫client，保證對時間要求嚴格的USB傳輸。由於每一個client有它自己的callback任務，因此在callback期間，它們有很大的靈活性決定可以做什麼。例如，允許在不破壞USBD或其它USBD client性能的條件下，使callback執行代碼運行至阻塞態。
Client callback task有VxWorks任務名：tUsbdCln。
6 USBD內部Client
當第一次初始化USBD時，由USBD產生並注冊一個內部client，以跟蹤USB請求。
USBD 可以產生什麼類型的USB請求呢? 所有USBD與USB設備的傳輸，均利用調用USBD client的形式來完成。例如， 當一個設備第一次連接到係統時．USBD用一個控製管道(control pipe) 自動地創建設備需要的所有的control pipe，即USBD client要用usbdPipeCreate()來創建一個與USB endpoint0通話的通道，然後所有USBD 內部、外部client通過這個管道來發送諸如usbdDescriptorGet()或usbdFeatureGet()等的函數，進行操作。
所以，USBD 的一個機製就是USBD 循環利用它自己的entry point，而內部chent跟蹤這些請求。
7 動態連接的注冊
每當一個特定類型的設備插入或拔出時，USBD client都通知上一層。利用調用usbdDynamicAttachRegister()操作，client可以指定一個callback操作，以便可以獲取這樣的通知。
USB設備類型用class，subclass，protocol來區別。標準的USB 類在usb．h 中定義為USB_CLASS_XXXX。Subclass和protocol根據class來定義， 因此這些常數根據特定的class在頭文件中定義。
有時， 一個client當利用usbdDynamicAttachRegister()進行注冊時，隻對特定的class，subclass，protocol感興趣。例如，USB鍵盤類驅動usbkeyboardLib， 注冊了Human Device Interface (HID) 類，subclass 是USB_SUBCLASS_HID_ BOOT，protocol是USB_PROTOCOL_HID_BOOT _KEYBOARD。通過callback機製的響應，每當一個設備完全符合這樣的標準， 從設備上插入或拔出時，SBD便通知給keyboard class driver。而在其它情況下，client關注的範圍更廣泛了。常量USBD_NOTIFY(定義在usbdLib.h)可以替代任意的class，subclass，protocol。例如，USB打印機USB驅動，usbPrinterLib， 其class等於USB_CLASS_PRINTER，subclass 等於USB_SUBCLASS_PRINTER (usbPrinter.h)，protocol等於USBD_ NOTIFY_ ALL。典型的，當一個client隻調用一次usbdDynamicAttachRegister()時，對一個client能擁有的並發通知請求數目沒有限製。
8 Node ID
USB設備一般用USBD_NODE_ID來區別。從其作用來看，USBD_ NODE_ ID 是USBD 用來跟蹤一個設備的句柄。它與USB設備真正的USB地址無關。這表明client並不真正關心想要了解設備是物理上與哪一個USB主控製器相連。應用為每個設備抽象定義的Node ID， 使client可以不用考慮物理設備的連接細節以及USB地址分配， 並允許USBD 在其內部對這些進行詳細的管理。
當一個client通知有一個設備連接或斷開時，USBD經常通過USBD_NODE_ID來定位設備。同樣，當一個client想通過USBD與一個特定的設備通信時，它必須向USBD傳遞那個設備的USBD_NODE_ID。
9 總線編號(bus enumeration)操作
usbdLib模塊提供了usbdBusCountGet()，usbdRootNodeldGet()，usbdHubPortCountGet()，usbdNodldGet()操作。它們被一起稱作總線編號操作。它們使USBD Client對連接到每一個主控製器上的設備進行編號。
這些操作對於診斷程序和測試工具很有用，例如usbTool(WindRiver提供的一個測試工具)。但是，利用它們編號之後，調用者無法知道USB的拓撲結構是否變化。因此， 建議USB class driver的開發者不要用這些操作。
10 數據傳輸
一旦client配置完成一個設備，就開始利用USBD提供的管道和傳輸功能與設備進行數據交換。為了和設備交換數據，client必須先創建管道。作為結果，USBD得到了一個USBD_PIPE_HANDLE，它被用於隨後對這個管道的所有client操作。
當client企圖創建一個管道時，USBD會檢查是否有足夠的可用帶寬。對於中斷和同步傳輸，帶寬限製是必需的。USBD不允許把90％ 以上的可用帶寬分配給中斷和同步管道；而對於控製和塊傳輸，則沒有帶寬的限製。同時，保證至少10％ 的帶寬用於控製傳輸，對塊傳輸則不保證會提供任何可用帶寬。
數據傳輸的具體過程：
(1)創建pipe ：usbdPipeCreate(usbdClient Handle，nodeld，endpoint，configvalue，interface，
USB_XFRTYPE_BULK，USB_ DIR_OUT，maxPacketSize，0，0，&outPipeHandle)；
(2)定義callback：ourlrpCallback(pvoid P)；
(3)初始化IRP的數據結構；
(4)發送IRP：usbdTransfer(usbdChentHandle，outPipeHandle，＆irp)。
4、 VxWorks下USB驅動編寫流程
4.1 生成bootable工程，添加以下組件(根據不同硬件定製)：
hardware->buses->USB Hosts->OHCI
hardware->buses->USB Hosts->USB Host Stack
hardware->buses->USB Hosts->USB Host Init->OHCI Init
hardware->buses->USB Hosts->USB Host Init->USB Host Stack Init
此時編譯後的內核在啟動時如果出現Attach OHCI...OK，表示USB協議棧加載成功。
4.2 修改和檢查config.h
/* USB Stuff */
#define INCLUDE_USB
#define INCLUDE_OHCI
#define INCLUDE_OHCI_INIT
#define INCLUDE_USB_INIT
#define INCLUDE_USB_MOUSE
#define INCLUDE_USB_KEYBOARD
#define INCLUDE_USB_MS_BULKONLY
#define INCLUDE_USB_MS_CBI
#define INCLUDE_USB_PRINTER
#define INCLUDE_USB_SPEAKER
//新增加，根據係統不同配製，可能不同
//IO 地址相關,該係統不采用動態PCI查找和影射
#define SL811H_IO_ADDR SL811H_MEMORY_START
#define SL811H_IO_ADDR_DATA ((SL811H_MEMORY_START) | 0x800000)
//中斷相關
#define SL811H_INT_LVL INT_LVL_EXT_IRQ_0 /* PPC405GP UIC Interrupt 25 - External IRQ 0 */
#define SL811H_INT_VEC INT_VEC_EXT_IRQ_0 /* PPC405GP UIC Interrupt 25 - External IRQ 0 */
4.3 wrSbc405gp.h(特定係統配製文件)
#define SL811H_MEMORY_START 0x70000000
#define SL811H_MEMSIZE 0x10000000
4.4 sysLib.c,增加MMU屬性配製
,{
(void *) SL811H_MEMORY_START,
(void *) SL811H_MEMORY_START,
SL811H_MEMSIZE,
VM_STATE_MASK_VALID | VM_STATE_MASK_WRITABLE | VM_STATE_MASK_CACHEABLE | VM_STATE_MASK_GUARDED,
VM_STATE_VALID | VM_STATE_WRITABLE | VM_STATE_CACHEABLE_NOT | VM_STATE_GUARDED
}
5.調用流程
5.1 USB Init
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
UINT16 cmdUsbInit()
{
UINT16 usbdVersion;
char usbdMfg [USBD_NAME_LEN+1];
UINT16 s;
/* if already initialized, just show a warning */
if (initialized)
{
printf( "Already initialized.\n");
return RET_CONTINUE;
}
/* Initialize the USBD */
s = usbdInitialize ();
printf( "usbdInitialize() returned %d\n", s);
if (s == OK)
{
/* Register ourselves with the USBD */
s = usbdClientRegister (PGM_NAME, &usbdClientHandle);
printf( "usbdClientRegister() returned %d\n", s);
if (s == OK)
{
printf( "usbdClientHandle = 0x%x\n", (UINT32) usbdClientHandle);
/* Display the USBD version */
if ((s = usbdVersionGet (&usbdVersion, usbdMfg)) != OK)
{
printf( "usbdVersionGet() returned %d\n", s);
}
else
{
printf( "USBD version = 0x%5.4x\n", usbdVersion);
printf( "USBD mfg = '%s'\n", usbdMfg);
}
if (s == OK)
initialized = TRUE;
}
}
if (s != OK)
{
printf( "initialization failed\n");
}
return RET_CONTINUE;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
5.2執行HCD掛接
SL811_IO_CFG sl811IOCfg = {
SL811H_IO_ADDR,
SL811H_IO_ADDR_DATA,
SL811H_INT_VEC,
SL811H_INT_LVL
};
進入usbdHcdAttach，
5.3 setups the expansion bus access profile.(硬件單板的總線連接方式不同而不同)
5.4硬件相關寄存器初始化（因為硬件不同，所以相關過程不一樣）
5.5初始化中斷處理進程
(pHost->intThread =
taskSpawn ("tSl811Int", 0, 0, 0x4000,
(FUNCPTR) intThread, (int) pHost,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0))==ERROR
5.6 掛接中斷
*pResult = intConnect ((VOIDFUNCPTR *)INUM_TO_IVEC (pHost->sl811CfgHdr.intVec), \
routine, (int)arg); \
開中斷；
有必要的話，複位硬件（大部分時候如此）
6：數據發送和接受過程
6.1寫數據過程
A：bulkWrite
LOCAL UINT16 bulkWrite
(
long bytes,
FILE *fin, /* stream for input (if any) */
FILE *fout /* stream for output (if any) */
)
{
/* Initialize the BULK class driver */
char filePath[1000];
char buffer[BULK_DRIVE_BUFFER_SIZE];
UINT8 *ptr;
int fd;
UINT32 i;
UINT8 j=1,k=1;
UINT32 len=0;
sprintf(filePath,"%sbulkFile",BULK_DRIVE_NAME);
remove(filePath);
fd = open(filePath, O_CREAT | O_WRONLY, 0);
if (fd == ERROR)
fprintf (fout, "bulkWrite() error opening %s\n",filePath);
else
fprintf (fout, "bulkWrite() %s opened for write\n",filePath);
ptr = (UINT8 *) buffer;
for (i=1; i<=bytes; i++)
{
*ptr++ = j++;
len++;
if ( (i%BULK_DRIVE_BUFFER_SIZE)==0 || i==bytes )
{
if (len != write(fd,buffer,len))
{
fprintf (fout, "bulkWrite() error writing %u to %s\n",
i,filePath);
close(fd);
return ERROR;
}
if (i%BULK_DRIVE_DISPLAY_INTERVAL == 0)
{
fprintf (fout, "bulkWrite() wrote %u of %u bytes\n",
i,bytes);
}
len = 0;
k++;
j = k;
ptr = (UINT8 *) buffer;
}
}
close(fd);
fprintf (fout, "bulkWrite() wrote %u bytes to %s\n",i-1,filePath);
return RET_CONTINUE;
}
B：讀數據過程
LOCAL UINT16 bulkRead
(
long bytes,
FILE *fin, /* stream for input (if any) */
FILE *fout /* stream for output (if any) */
)
{
/* Initialize the BULK class driver */
char filePath[1000];
char buffer[BULK_DRIVE_BUFFER_SIZE];
UINT8 *ptr;
int fd;
int i;
UINT8 j=1,k=1;
int len;
UINT32 totLen=0;
sprintf(filePath,"%sbulkFile",BULK_DRIVE_NAME);
fd = open(filePath, O_RDONLY, 0);
if (fd == ERROR)
fprintf (fout, "bulkRead() error opening %s\n",filePath);
else
fprintf (fout, "bulkRead() %s opened for read\n",filePath);
ptr = (UINT8 *) buffer;
while ((len=read(fd,buffer,BULK_DRIVE_BUFFER_SIZE)) > 0)
{
for (i=0; i<len; i++)
{
totLen++;
if (*ptr++ != j++)
{
fprintf (fout, "bulkRead() error %u != %u at %u from %s\n",
*(ptr-1),j-1,totLen,filePath);
close(fd);
return ERROR;
}
if (totLen%BULK_DRIVE_DISPLAY_INTERVAL == 0)
{
fprintf (fout, "bulkRead() verified %u of %u bytes\n",
totLen,bytes);
}
}
k++;
j = k;
ptr = (UINT8 *) buffer;
}
close(fd);
if (totLen==bytes)
{
fprintf (fout, "bulkRead() verified %u bytes from %s\n",
totLen,filePath);
}
else
{
fprintf (fout, "bulkRead() error reading at %u of %u in %s\n",
totLen,bytes,filePath);
return ERROR;
}
return RET_CONTINUE;
}
7:USB代碼的注意點
這一周主要在研究USB代碼的架構,發現一些問題:
(1) 數據是以禎的方式傳輸的,數據包的開頭是一段同步字段,同步字段的結尾是PID開始的標誌,包結束是以EOP為結束的標誌.
(2) PE通過讀出CSR以及Buffer裏麵的狀態,來決定數據傳輸的可靠性,並不是PE來控製CSR
(3) 仲裁器仲裁總線傳輸和DMA傳輸, CSR[15]是DMA使能位,但是發現找不到DMA request 的觸發,Wishbone部分並沒有對這個信號進行相應的處理
(4) 從主機發過來的token會有兩個token寄存器進行寄存,token的每個位都有相應的含義
(5) 主機每秒發送的禎的個數,禎在Top層有一個禎的計數器
(6) 在代碼中,要保持信號的穩定性,往往都是采用計數器的方法,計數到一定時間後,再采樣一次,這樣來保持數據的穩定性
最後更新：2017-04-03 12:55:36