VxWorks實時操作系統的USB驅動程序原理與分析

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

　　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、康柏和國家半導體公司聯合設計提出的開放主控制器接口(Open Host Controller Interface，簡稱OHCI)。硬件廠商一般根據這兩個規范設計他們的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主控制器驅動(Host Controller Driver，簡稱HCD)。WindRiver提供了兩個驅動：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器庫)和usbHedOheiLib (OHCI主控制器庫)。USB主驅動(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。這樣的設計特點可以使開發者建立復雜的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功能是一個驅動能否對USB正確操作的評價之一。因此WindRiver的USBD設計者要使USBD透明地處理hub的功能。這意味著， USBD 還能處理USB hub和設備的動態插拔。
　　USB Client模塊在USB主驅動棧的頂端。USB類驅動(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USB類驅動負責管理連接到USB上的不同類型的設備；它們依靠USBD來提供與每個設備的通信路徑。 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。

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。只有大于等于1時才是真正初始化了，而等于 0是關閉了。

　　(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。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。對于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主控制器的PCI配置頭來初始化，而HCD用這個結構中的信息來定位，管理特定的主控制器。典型的，調用者用 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。

4.3 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；
　　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；
　　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；
　　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。當主控制器連接到系統時，USBD 自動地鑒別與其相連的設備，并通知相關的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系統上。

4.4 總線任務

　　對每一個連接到USBD 的主控制器，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)，只有當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 親自監視主控制器事件。例如WindRiver提供了UHCI和OHCI的HCD來創造這樣的任務。對于WindRiver的UHCI模塊 (usbHcdUheiLib)，后臺任務只是被周期地喚醒，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把每一個以后將要用到的client的數據結構定位，并跟蹤那個client的請求。

　　對于每一個client，在client注冊過程中，USBD還創建了一個callback任務。在成功注冊 client后，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)；