VxWorks实时操作系统的USB驱动程序原理与分析

　　在栈的最底部是USB主控制器(USB HC， 即USB Host Controller)， 这是主系统中控制每一个USB设备的硬件部分。

　　目前，市场上主要有两大类USB主控制器，一种是支持由ime1公司最先提出的通用主控制器接口(Universal Host Controller Interface，简称UHCI)，另一种是支持由微软、康柏和国家半导体公司联合设计提出的开放主控制器接口(Open Host Controller Interface，简称OHCI)。硬件厂商一般根据这两个规范设计他们的USB主控制器。

　　对于每一类型的主控制器都有一个与硬件独立的USB主控制器驱动(Host Controller Driver，简称HCD)。WindRiver提供了两个驱动：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器库)和usbHedOheiLib (OHCI主控制器库)。USB主驱动(USB host driver，简称USBD)和HCD之间的接口允许一个或超过一个的底层主控制器。而且，WindRiver的USBD能够同时连接多个USB HCD。这样的设计特点可以使开发者建立复杂的USB系统。

　　USBD是在HCD之上的与硬件独立的模块。USBD管理每一个与主机相连的USB设备，向更高层次提供了可与USB设备通信的路径。它还负责自动处理USB电力管理以及USB带宽管理。而且，USBD还管理 USB hub，Hub功能是一个驱动能否对USB正确操作的评价之一。因此WindRiver的USBD设计者要使USBD透明地处理hub的功能。这意味着， USBD 还能处理USB hub和设备的动态插拔。
　　USB Client模块在USB主驱动栈的顶端。USB类驱动(USB Class Driver)是Client模块的典型例子。USB类驱动负责管理连接到USB上的不同类型的设备；它们依靠USBD来提供与每个设备的通信路径。 USB client模块的其他例子就是那些利用USBD与USB设备通信的应用程序。

4、 USBD驱动详解

　　这一部分将要描述USBD(USB Host Driver)的典型应用。例如初始化，client注册，动态连接注册，设备配置，数据传输，同时还探讨了USBD内部设计的关键特性。这部分是VxWorks下USB驱动的核心。

4.1 初始化USBD：分为两步

　　(1)必须至少调用一次函数usbdInitialize()。在一个给定的系统中，usbdlnifialize()初始化内部USBD数据结构，并依次调用其它USB驱动栈模块的入口。usbdinitialize()可以在启动时调用一次，也可以对每一个设备各调用一次。USBD 自己记录了调用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次数。只有大于等于1时才是真正初始化了，而等于 0是关闭了。

　　(2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函数来把至少一个HCD连接到USBD上。这一过程既可以在VxWorks启动时，也可以在运行时把HCD 连接到USBD 上去。后一种机制可以支持“热插拔”，而不用象前一种那样需要重新启动。

4.2 HCD的连接(attaching)与断开(detaching)

　　当HCD连接到USBD 时，调用者为usbdHedattaeh函数传递HCD执行入口(表HCD_EXEC_FUNC)和HCD连接参数(HCD attach parameter)。USBD用HCD FNC ATYACH 服务请求依次激活HCD的执行入口，传递同样的HCD attach参数。

　　需要强调虽然可以改变用HCD定义的参数，但是最好不应该有所改变。对于WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach参数是一个指向结构PCI_CFG_HEADER (定义在pciConstants.h) 的指针。

　　该结构用UHCI和OHCI主控制器的PCI配置头来初始化，而HCD用这个结构中的信息来定位，管理特定的主控制器。典型的，调用者用 usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()来得到想要的主控制器的PCI配置头- 这两个函数定义在usbPciLib 中(stubUsbarchPciLib.h中)。如果有UHCI或OHCI要连接到USBD，就要调用这些函数来获得每一个主控制器的 PCI_CFG_HEADER。然后利用usbdHedAttaeh来激活已鉴别出的每一个主控制器。

　　注意：底层BSP可能不支持USB的HCD断开，因为当中断向量表重新使能时，如果还应用的是过期的向量表，会导致错误。

4.3 启动顺序

　　必须在所有USBD函数前执行函数usbdInitialize()。存在以下两种调用方式：
　　(1)传统的“启动”初始化。执行顺序与其意义如下：
　　a．usbdInitialize()；
　　b．usbdPciClassFind()：定位一个USB主控制器；
　　c．usbdPeiConfigHeaderGet()：读USB主控制器配置头；
　　d．usbdHedAttaeh()：连接HCD，将其作为特定的主控制器：
　　e．调用USB class driver初始化入口点；
　　f．USB class driver调用usbdlnitialize()。

　　(2)“热插拔”调用。执行顺序与其意义如下：
　　Boot Code里调用：
　　a．USB class driver初始化入口点；
　　b．USB class driver调用usbdlnitialize()；
　　Hot-Swap code调用：
　　c．Hot-Swap 鉴别USB主控制器的连接或断开；
　　d．Usbdlnitialize()；
　　e．UsbdPciConfigHeaderGet()：读USB主控制器配置头；
　　f．UsbdHedAttaeh()：连接HCD，将其作为特定的主控制器。

　　因为热插拔可以在任何时刻发生，所以USBD和其Client都必须被写成可以动态识别USB设备被插入还是被拔出。当主控制器连接到系统时，USBD 自动地鉴别与其相连的设备，并通知相关的client；同样，拔出设备时，也要通知相关设备。重要的是，USBD 的client，比如USB class driver，在client初始化时，从不设想特定的设备已经出现；而在其他时候，这些驱动随时检查设备是否已经连接到系统上。

4.4 总线任务

　　对每一个连接到USBD 的主控制器，例如插入或拔出设备，USBD都会产生一个总线任务，来监控总线事件。一般情况下，这些任务是休眠的(不消耗CPU)，只有当USB hub报告它的一个端口有变化时，它们才被唤醒。每一个USBD总线任务有VxWorks任务名：UsbdBus。

　　虽然 HCD委托USBD来管理，但有可能HCD 亲自监视主控制器事件。例如WindRiver提供了UHCI和OHCI的HCD来创造这样的任务。对于WindRiver的UHCI模块 (usbHcdUheiLib)，后台任务只是被周期地唤醒，目的是为了检查超时IRP(用一个中断来通知OHCI根hub发生改变)。
　　
　　用以在USBD和USB之问进行通信的client模块，除了调用usbdlnitialize()外，必须调用usbClientRegister ()使其在USBD注册。当一个client注册到USBD时，USBD把每一个以后将要用到的client的数据结构定位，并跟踪那个client的请求。

　　对于每一个client，在client注册过程中，USBD还创建了一个callback任务。在成功注册 client后，USBD返回一个句柄USBD_CLIENT_HANDLE。以下对USBD的调用，将会用到这个句柄。当所有句柄都不需要时，可以调用 usbdClientUnregister()来释放每一个client的数据结构和callback任务。注意：此时所有client要求的任务都会被取消。

　　例如：注册一个叫USBD_TEST的client，再注销。
　　注册：usbdClientRegister("USBD_TEST'，usbdClientHandle)；
　　注销：usbdClientUnregister(usbdClientHandle)；