VxWorks下USB驅動總結1

1、USB設備

物理特征：4條電纜，電源線、地線、數據線、脈衝線;

速 度：低速1.5Mbps，全速12Mbps，高速480Mbps;

規範版本：1998年USB1.1，2000年USB2.0;

連 接：PCI總線<->USB控製器(OHCI/UHCI/EHCI)<->USB設備;

單個USB控製器最大連接個數：127;

距離限製：USB單條線纜長度不能超過5m，通過hub可延長至30m。

重要概念：主機-USB設備采用master-slave方式分工，所有通信都是主機發起的；在某一時刻，隻有一個設備與主機通信。

一個USB物理設備可以抽象為一個或多個邏輯設備。

USB邏輯設備層次：邏輯設備->配置（configuration）->接口（interface）->端點（end point）;

端點是一個地址標實，是驅動和設備數據交換的一個終點，類似於網絡編程中的客戶短套接字或者服務器端套接字。在USBD client和特定的設備endpoint之間的通道被稱作管道(pipe)，一個從驅動到設備的數據傳輸管道包括以下幾個要素：

設備的端點（通過讀取/設置配置、接口得到）；

設備號（設備動態插入後由USBD分配）；

傳輸方向（從設備到主機、或從主機到設備）；

帶寬要求；

延遲要求。

主機與USB間有4種傳輸方式：

    控製（小批量數據、保證到達）;

    同步（大批量數據、定時傳輸、不能保證到達）;

    批量（大批量數據、保證到達）;

    中斷（小批量數據、不定時產生、保證到達）;

    ? 控製用於讀取/設置USB設備，所有USB設備的端口0默認（或者說強製）給控製管道使用；

    ? 同步主要用時視頻設備如攝像頭定時產生的批量數據，允許在帶寬不足的情況下丟棄部分數據包；

    ? 批量用於一次性的大批量數據傳輸；

    ? 中斷用於異步數據入鍵盤（或鼠標）按下事件發生等。

係統為不同傳輸類型分配不同的可使用帶寬。因此，控製管道必須占有10%的可用帶寬，而批量管道不能達到USB的理想速率，實際中USB設備與主機的傳輸速率比理想速率低很多。

2、VxWorsk下USB協議棧

下圖提供了一個USB主驅動棧結構的簡單概括，共四層。

數據發送路線及格式：客戶驅動(USB_IRP包)->USBD(URB包)->HCD(HRB包)。

>>>>在棧最底層的是硬件：USB主控製器(USB host controller)，USB主控製器在嵌入式主機係統中控製USB，實現USB主機功能。目前，USB控製器主要有3類：

    (1)(UHCI，universal host controller interface)通用的主控製器，由Intel最先設計並製定相應規範；

    (2)(OHCI，open host controller interface)開放的主控製器，由Microsoft，C2ompaq和National Semicondtlctor最先設計並製定相應規範；

    (3)(EHCI，enhanced host controller interface)增強的主控製器，該控製器支持USB2．O。

>>>>每一主控製器在其上都有相對應的主控製器驅動程序(HCD)，這些設備驅動程序與底層的硬件相關，為上層提供統一的功能接口。相應的驅動分別在usbHcdOhciLib.c和usbHcdUhciLib.c中定義。

USB主機驅動(USBD)與底層硬件無關，通過HCD與底層控製器通信。USBD管理連接到主機上的每一個USB連接，並提供高層與USB設備通信的通道。除此之外，USB[)還自動對USB設備進行電源管理和分配帶寬。在USB係統中，集線器(HUB)對USB係統的正常操作起到關鍵性作用，因此USBD直接對集線器進行控製。這就意味著USBD還具有控製USB設備和集線器動態插拔的能力。（USBD）是客戶驅動和HCD之間的中介，接受客戶發送來命令，發送給HCD，HCD在驅動硬件接受。USBD入口函數usbdCoreEntry(pURB_HEADER pUrb)，所有請求函數都先進入此函數，根據pUrb->function的值調用相應函數。

在主機棧的最頂層是USB設備驅動程序。設備驅動程序依賴USBD提供的通信通道，驅動連接到USB係統中的USB設備。

下圖2顯示了USB主驅動棧的各模塊之間的功能聯係。

    通過圖1/2的結構，可以看出USB主機棧的設計關鍵是USB主機驅動(USBD)的設計，USBD為USB設備驅動程序提供標準的USBD API；為主機控製器驅動提供HCDAPI。

一個用戶設置interface例子(僅僅說明在執行一個操作的過程中Stack的數據流)：

    A：usbdInterfaceSet() 生成URB_INTERFACE_GET_SET結構的變量Urb，結構中第一個變量是URB_HEADER;

    B：調用urbExecBlock(&Urb.header) USB消息隊列？？

    C：調用usbdCoreEntry(pUrb) 進行消息派發；

    D：由於pUrb->function=USBD_FNC_INTERFACE_SET，調用fncInterfaceSet(pUrb)->(USBD)；

    E：調用controlRequest()->(USBD)生成USB_IRP，USB_SETUP包；

    F：調用usbdTransfer()->(USBD)生成URB_TRANSFER結構的變量Urb；

    G：調用urbExecBlock(&Urb.header)->usbdCoreEntry(pUrb)；

    H：由於pUrb->function=USBD_FNC_TRANSFER，調用fncTransfer()->(USBD)生成USB_IRP包；

    I：調用usbHcdIrpSubmit()->(HCD)生成HRB_IRP_SUBMIT結構hrb，

    J：結構中第一個變量是HRB_HEADER，執行(*pNexus->hcdExecFunc) ((pVOID) &hrb); 這裏HCD中也隻有一個入口函數，在HCD注冊時提供給係統，這裏也就是hcdExecFunc所指向的函數。根據HCD類型選擇注冊usbHcdOhciExec()或者usbHcdUhciExec()，這兩個函數都接受HRB數據，根據pHrb->function類型進行不同的處理。

    上麵例子中(*pNexus->hcdExecFunc) ((pVOID) &hrb);（在jx2410開發板采用ohciHCD）相當於執行usbHcdOhciExec((pVOID) &hrb)->(HCD)，由於hrb->function=HCD_FNC_IRP_SUBMIT，調用fncIrpSubmit()->(HCD)在fncIrpSubmit裏真正完成數據傳送:

    步驟包括：

    （根據數據塊個數）USER_FLUSH();

    if (pPipe->busAddress == pHost->rootAddress)

        rootIrpHandler() ;

    else

        busIrpHandler();

    setIrpResult();

    應用程序的關鍵在於發送合適的USB_IRP包，完成控製USB設備，獲取數據的功能。