VxWorks下USB驱动总结1

1、USB设备

物理特征：4条电缆，电源线、地线、数据线、脉冲线;

速 度：低速1.5Mbps，全速12Mbps，高速480Mbps;

规范版本：1998年USB1.1，2000年USB2.0;

连 接：PCI总线<->USB控制器(OHCI/UHCI/EHCI)<->USB设备;

单个USB控制器最大连接个数：127;

距离限制：USB单条线缆长度不能超过5m，通过hub可延长至30m。

重要概念：主机-USB设备采用master-slave方式分工，所有通信都是主机发起的；在某一时刻，只有一个设备与主机通信。

一个USB物理设备可以抽象为一个或多个逻辑设备。

USB逻辑设备层次：逻辑设备->配置（configuration）->接口（interface）->端点（end point）;

端点是一个地址标实，是驱动和设备数据交换的一个终点，类似于网络编程中的客户短套接字或者服务器端套接字。在USBD client和特定的设备endpoint之间的通道被称作管道(pipe)，一个从驱动到设备的数据传输管道包括以下几个要素：

设备的端点（通过读取/设置配置、接口得到）；

设备号（设备动态插入后由USBD分配）；

传输方向（从设备到主机、或从主机到设备）；

带宽要求；

延迟要求。

主机与USB间有4种传输方式：

控制（小批量数据、保证到达）;

同步（大批量数据、定时传输、不能保证到达）;

批量（大批量数据、保证到达）;

中断（小批量数据、不定时产生、保证到达）;

? 控制用于读取/设置USB设备，所有USB设备的端口0默认（或者说强制）给控制管道使用；

? 同步主要用时视频设备如摄像头定时产生的批量数据，允许在带宽不足的情况下丢弃部分数据包；

? 批量用于一次性的大批量数据传输；

? 中断用于异步数据入键盘（或鼠标）按下事件发生等。

系统为不同传输类型分配不同的可使用带宽。因此，控制管道必须占有10%的可用带宽，而批量管道不能达到USB的理想速率，实际中USB设备与主机的传输速率比理想速率低很多。

2、VxWorsk下USB协议栈

下图提供了一个USB主驱动栈结构的简单概括，共四层。

数据发送路线及格式：客户驱动(USB_IRP包)->USBD(URB包)->HCD(HRB包)。

>>>>在栈最底层的是硬件：USB主控制器(USB host controller)，USB主控制器在嵌入式主机系统中控制USB，实现USB主机功能。目前，USB控制器主要有3类：

(1)(UHCI，universal host controller interface)通用的主控制器，由Intel最先设计并制定相应规范；

(2)(OHCI，open host controller interface)开放的主控制器，由Microsoft，C2ompaq和National Semicondtlctor最先设计并制定相应规范；

(3)(EHCI，enhanced host controller interface)增强的主控制器，该控制器支持USB2．O。

>>>>每一主控制器在其上都有相对应的主控制器驱动程序(HCD)，这些设备驱动程序与底层的硬件相关，为上层提供统一的功能接口。相应的驱动分别在usbHcdOhciLib.c和usbHcdUhciLib.c中定义。

USB主机驱动(USBD)与底层硬件无关，通过HCD与底层控制器通信。USBD管理连接到主机上的每一个USB连接，并提供高层与USB设备通信的通道。除此之外，USB[)还自动对USB设备进行电源管理和分配带宽。在USB系统中，集线器(HUB)对USB系统的正常操作起到关键性作用，因此USBD直接对集线器进行控制。这就意味着USBD还具有控制USB设备和集线器动态插拔的能力。（USBD）是客户驱动和HCD之间的中介，接受客户发送来命令，发送给HCD，HCD在驱动硬件接受。USBD入口函数usbdCoreEntry(pURB_HEADER
pUrb)，所有请求函数都先进入此函数，根据pUrb->function的值调用相应函数。

在主机栈的最顶层是USB设备驱动程序。设备驱动程序依赖USBD提供的通信通道，驱动连接到USB系统中的USB设备。

下图2显示了USB主驱动栈的各模块之间的功能联系。

通过图1/2的结构，可以看出USB主机栈的设计关键是USB主机驱动(USBD)的设计，USBD为USB设备驱动程序提供标准的USBD API；为主机控制器驱动提供HCDAPI。

一个用户设置interface例子(仅仅说明在执行一个操作的过程中Stack的数据流)：

A：usbdInterfaceSet() 生成URB_INTERFACE_GET_SET结构的变量Urb，结构中第一个变量是URB_HEADER;

B：调用urbExecBlock(&Urb.header) USB消息队列？？

C：调用usbdCoreEntry(pUrb) 进行消息派发；

D：由于pUrb->function=USBD_FNC_INTERFACE_SET，调用fncInterfaceSet(pUrb)->(USBD)；

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

F：调用usbdTransfer()->(USBD)生成URB_TRANSFER结构的变量Urb；

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

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

I：调用usbHcdIrpSubmit()->(HCD)生成HRB_IRP_SUBMIT结构hrb，

J：结构中第一个变量是HRB_HEADER，执行(*pNexus->hcdExecFunc) ((pVOID) &hrb); 这里HCD中也只有一个入口函数，在HCD注册时提供给系统，这里也就是hcdExecFunc所指向的函数。根据HCD类型选择注册usbHcdOhciExec()或者usbHcdUhciExec()，这两个函数都接受HRB数据，根据pHrb->function类型进行不同的处理。

上面例子中(*pNexus->hcdExecFunc) ((pVOID) &hrb);（在jx2410开发板采用ohciHCD）相当于执行usbHcdOhciExec((pVOID) &hrb)->(HCD)，由于hrb->function=HCD_FNC_IRP_SUBMIT，调用fncIrpSubmit()->(HCD)在fncIrpSubmit里真正完成数据传送:

步骤包括：

（根据数据块个数）USER_FLUSH();

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

rootIrpHandler() ;

else

busIrpHandler();

setIrpResult();

应用程序的关键在于发送合适的USB_IRP包，完成控制USB设备，获取数据的功能。