基于OHCI 的主机控制器的接口设计

当前有关 USB 的开发,少数基于单 片的无OS（operating system）的USB 主机开发大都是由个人完成，其软件的耦合度高、接 口不够清晰、可重用性低。而LINUX 中的USB 主机驱动程序由于其复杂性和对系统的依赖 性，对其在无OS 平台上的移植带来了一定的困难。

论文以Compaq、Microsoft 等公开的 USB 主机控制器接口规范为基础,遵循USB 主机的协议规范,开发了独立于操作系统的USB 主机底层驱动程序,并在S3C2410 平台上得到了验证。下面详细论述主机控制器接口规范及 驱动程序实现。

2 USB 体系结构

USB 体系包括一系列的硬件层和软件层,如图1 所示。

为了实现其可重用性和适合嵌入式系统特性，图 1 借鉴了PC 机上的USB 主机系统结 构，同时对一些在嵌入式系统中不必要的功能进行了取舍。用户程序和USB 设备类驱动通 过加工和分解IRP,构建相应的URB（Universal Request Block）并通过HCD(Host Controller Driver)提供的接口传递给主控制器驱动程序HCD。HCD 处理URB 并建立相应的端点ED 和传输数据TD,其基本信息包括：USB 设备地址和端点号、数据传输类型、最大包长度、传输 方向、传输速度和内存缓冲区地址等,细节在下文介绍。然后启动HC(Host Controller)进行数 据传输。HCD 还负责主机控制器HC 的管理,通过一组硬件寄存器来控制HC。HC 通过USB 总线与设备相连,在HCD 的控制下处理数据的输入输出。HC 还提供协议引擎、差错处理、 远程唤醒、帧产生等功能。

HC 是USB 主机系统的硬件核心,它位于USB 协议栈中最低层,HC 向上提供一个接口 规范HCI(Host Controller Interface),HCD 是此接口的具体实现。目前USB 的HC 芯片组有三 种,而随之对应的HCI 也有三种:EHCI(Enhanced Host ControllerInterface);OHCI(Open Host Controller Interface);UHCI(Universal Host Controller Interface)。论文将以嵌入式系统中应用较 多的OHCI 为例,介绍接口规范和驱动程序实现细节。

3 HCD 的实现

USB 主机控制器驱动程序（HCD）是USB 软件协议栈最底层一部分。HCD 向上仅对 USBD 提供服务，HCD 提供一个软件接口，即HCDI(HCD Interface)，接受USBD 的调用和 管理。HCD 通过HC 的操作寄存器和通信域来管理HC 和实现USB 数据的传输。HCD 具体 实现如下：

3.1 HCD 数据结构的构建

HCD 主要构建的数据结构有端点描述符ED(Endpoint Descriptor)、传输描述符TD(Transfer Descriptor)。

3.1.1 ED（Endpoint Descriptor）

在OHCI 上，每个ED 对应一个USB 设备端点，不同的设备端点拥有不同的ED。同种 传输类型的ED 组成一链表，OHCI 有三种ED 链表：控制传输数据链表、批量传输数据链 表和周期性数据链表（中断数据传输和等时数据传输同属此类），HC 通过相应的操作寄存 器访问各个链表。每个ED 是4 个32 位数组成的结构。如下表：