VxWorks實(shí)時(shí)操作系統的USB驅動(dòng)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)， 這是主系統中控制每一個(gè)USB設備的硬件部分。

　　目前，市場(chǎng)上主要有兩大類(lèi)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(jiǎn)稱(chēng)UHCI)，另一種是支持由微軟、康柏和國家半導體公司聯(lián)合設計提出的開(kāi)放主控制器接口(Open Host Controller Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)OHCI)。硬件廠(chǎng)商一般根據這兩個(gè)規范設計他們的USB主控制器。

　　對于每一類(lèi)型的主控制器都有一個(gè)與硬件獨立的USB主控制器驅動(dòng)(Host Controller Driver，簡(jiǎn)稱(chēng)HCD)。WindRiver提供了兩個(gè)驅動(dòng)：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器庫)和usbHedOheiLib (OHCI主控制器庫)。USB主驅動(dòng)(USB host driver，簡(jiǎn)稱(chēng)USBD)和HCD之間的接口允許一個(gè)或超過(guò)一個(gè)的底層主控制器。而且，WindRiver的USBD能夠同時(shí)連接多個(gè)USB HCD。這樣的設計特點(diǎn)可以使開(kāi)發(fā)者建立復雜的USB系統。

　　USBD是在HCD之上的與硬件獨立的模塊。USBD管理每一個(gè)與主機相連的USB設備，向更高層次提供了可與USB設備通信的路徑。它還負責自動(dòng)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(gè)驅動(dòng)能否對USB正確操作的評價(jià)之一。因此WindRiver的USBD設計者要使USBD透明地處理hub的功能。這意味著(zhù)， USBD 還能處理USB hub和設備的動(dòng)態(tài)插拔。
　　USB Client模塊在USB主驅動(dòng)棧的頂端。USB類(lèi)驅動(dòng)(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USB類(lèi)驅動(dòng)負責管理連接到USB上的不同類(lèi)型的設備；它們依靠USBD來(lái)提供與每個(gè)設備的通信路徑。 USB client模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設備通信的應用程序。

4、 USBD驅動(dòng)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(dòng)態(tài)連接注冊，設備配置，數據傳輸，同時(shí)還探討了USBD內部設計的關(guān)鍵特性。這部分是VxWorks下USB驅動(dòng)的核心。

4.1 初始化USBD：分為兩步

　　(1)必須至少調用一次函數usbdInitialize()。在一個(gè)給定的系統中，usbdlnifialize()初始化內部USBD數據結構，并依次調用其它USB驅動(dòng)棧模塊的入口。usbdinitialize()可以在啟動(dòng)時(shí)調用一次，也可以對每一個(gè)設備各調用一次。USBD 自己記錄了調用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次數。只有大于等于1時(shí)才是真正初始化了，而等于 0是關(guān)閉了。

　　(2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函數來(lái)把至少一個(gè)HCD連接到USBD上。這一過(guò)程既可以在VxWorks啟動(dòng)時(shí)，也可以在運行時(shí)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(dòng)。

4.2 HCD的連接(attaching)與斷開(kāi)(detaching)

　　當HCD連接到USBD 時(shí)，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(wù)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。對于WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach參數是一個(gè)指向結構PCI_CFG_HEADER (定義在pciConstants.h) 的指針。

　　該結構用UHCI和OHCI主控制器的PCI配置頭來(lái)初始化，而HCD用這個(gè)結構中的信息來(lái)定位，管理特定的主控制器。典型的，調用者用 usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()來(lái)得到想要的主控制器的PCI配置頭- 這兩個(gè)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(lái)獲得每一個(gè)主控制器的 PCI_CFG_HEADER。然后利用usbdHedAttaeh來(lái)激活已鑒別出的每一個(gè)主控制器。

　　注意：底層BSP可能不支持USB的HCD斷開(kāi)，因為當中斷向量表重新使能時(shí)，如果還應用的是過(guò)期的向量表，會(huì )導致錯誤。

4.3 啟動(dòng)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(dòng)”初始化。執行順序與其意義如下：
　　a．usbdInitialize()；
　　b．usbdPciClassFind()：定位一個(gè)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．調用USB class driver初始化入口點(diǎn)；
　　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里調用：
　　a．USB class driver初始化入口點(diǎn)；
　　b．USB class driver調用usbdlnitialize()；
　　Hot-Swap code調用：
　　c．Hot-Swap 鑒別USB主控制器的連接或斷開(kāi)；
　　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(shí)刻發(fā)生，所以USBD和其Client都必須被寫(xiě)成可以動(dòng)態(tài)識別USB設備被插入還是被拔出。當主控制器連接到系統時(shí)，USBD 自動(dòng)地鑒別與其相連的設備，并通知相關(guān)的client；同樣，拔出設備時(shí)，也要通知相關(guān)設備。重要的是，USBD 的client，比如USB class driver，在client初始化時(shí)，從不設想特定的設備已經(jīng)出現；而在其他時(shí)候，這些驅動(dòng)隨時(shí)檢查設備是否已經(jīng)連接到系統上。

4.4 總線(xiàn)任務(wù)

　　對每一個(gè)連接到USBD 的主控制器，例如插入或拔出設備，USBD都會(huì )產(chǎn)生一個(gè)總線(xiàn)任務(wù)，來(lái)監控總線(xiàn)事件。一般情況下，這些任務(wù)是休眠的(不消耗CPU)，只有當USB hub報告它的一個(gè)端口有變化時(shí)，它們才被喚醒。每一個(gè)USBD總線(xiàn)任務(wù)有VxWorks任務(wù)名：UsbdBus。

　　雖然 HCD委托USBD來(lái)管理，但有可能HCD 親自監視主控制器事件。例如WindRiver提供了UHCI和OHCI的HCD來(lái)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(shí)IRP(用一個(gè)中斷來(lái)通知OHCI根hub發(fā)生改變)。
　　
　　用以在USBD和USB之問(wèn)進(jìn)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(gè)client注冊到USBD時(shí)，USBD把每一個(gè)以后將要用到的client的數據結構定位，并跟蹤那個(gè)client的請求。

　　對于每一個(gè)client，在client注冊過(guò)程中，USBD還創(chuàng )建了一個(gè)callback任務(wù)。在成功注冊 client后，USBD返回一個(gè)句柄USBD_CLIENT_HANDLE。以下對USBD的調用，將會(huì )用到這個(gè)句柄。當所有句柄都不需要時(shí)，可以調用 usbdClientUnregister()來(lái)釋放每一個(gè)client的數據結構和callback任務(wù)。注意：此時(shí)所有client要求的任務(wù)都會(huì )被取消。

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