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標題: iTOP-4412開發(fā)板-驅(qū)動-usb文檔04-主控制器和驅(qū)動框架簡介 [打印本頁]

作者: 張宇yli 時間: 2019-5-13 14:15
標題: iTOP-4412開發(fā)板-驅(qū)動-usb文檔04-主控制器和驅(qū)動框架簡介
iTOP-4412- 驅(qū)動-usb 文檔 04- 主控制器和驅(qū)動框架簡介
在學習 USB 驅(qū)動的過程中，雖然 USB 的內(nèi)部驅(qū)動不需要我們?nèi)懀沁€是需要對其有
個大概的了解。
1 USB 驅(qū)動架構(gòu)簡介
USB 是一種主從結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。主機叫做 Host，從機叫做 Device；開發(fā)板作為 USB host
端，USB 鼠標、USB 鍵盤、USB-WIFI 等等稱為設(shè)備端；通常，作為 USB device 的設(shè)備被稱
為 Gadget。
如下圖所示，是 USB 驅(qū)動架構(gòu)簡略圖。在主機端（這里需要注意的是，內(nèi)部驅(qū)動和外部
驅(qū)動都是屬于主機端）。

設(shè)備端，Gadget API 定義了一個通用的 Gadget Driver 的接口，Gadget Driver 通過
Gadget API 與底層 USB Device Controller Driver 通信。其中 Gadget API 層屏蔽了底層硬
件的不同，使 Gadget Driver 注重功能的實現(xiàn)，盡量與硬件無關(guān)。設(shè)備端的驅(qū)動一般是以固
件形式在設(shè)備端中，由設(shè)備端的生產(chǎn)廠商固化在設(shè)備端中。
在主機端，有 USB HCD 和 USBD 兩個接口層。
USB HCD 的全稱為主機控制器驅(qū)動(Host Controller Driver)，它是對主機控制器硬件的
一個抽象，提供與 USB 系統(tǒng)軟件之間的軟件接口。
從客戶軟件的角度看，USBD 控制所有的 USB 設(shè)備，因此客戶軟件對設(shè)備的控制和所要
發(fā)送的數(shù)據(jù)只要交給 USBD 就可以了。USBD 為客戶軟件提供命令機制和管道機制。客戶軟
件通過命令機制可以訪問所有設(shè)備的 0 號端點且與默認管道通信，從而實現(xiàn)對設(shè)備的配置和其
他一些基本的控制工作。管道機制允許客戶和設(shè)備實現(xiàn)特定的通信功能。該默認管道描述了一
條 USBD 和 USB 設(shè)備間通信的邏輯通道。
主機端各層有以下功能：
1) 檢測連接和移去的 USB 設(shè)備；
2) 管理主機和 USB 設(shè)備間的數(shù)據(jù)流；
3) 連接 USB 狀態(tài)和活動統(tǒng)計；
4) 控制主控制器和 USB 設(shè)備間的電氣接口，包括能量供應(yīng)。
如下圖所示，是主機端驅(qū)動架構(gòu)，在后面的教程中，我們會詳細分析其中的 URB（USB
請求塊）和 USB 設(shè)備描述符。在 USB 設(shè)備通信的整個流程中，USB 描述符用于主機端識別設(shè)
備端具體是哪個設(shè)備，這個過程是由主控制器來完成；USB 請求塊用于主機端和設(shè)備端的數(shù)
據(jù)傳輸，提供具體的數(shù)據(jù)格式定義以及通道。整個驅(qū)動架構(gòu)中的其它部分一般不需要關(guān)注。

2 USB 主控制器
本節(jié)簡單了解一下 4412 的主控制驅(qū)動。
2.1 USB 主控制器的功能
USB 主控制器是集成到片上系統(tǒng)的，例如，4412 開發(fā)板，主控制器是在 4412 芯片上，
代碼也是集成在三星原廠提供的內(nèi)核中的。主控制器主要有一下功能：
1. 解析和維護 URB
2. 負責不同 USB 傳輸類型的調(diào)度工作
3. 負責 USB 數(shù)據(jù)的實際傳輸工作
4. 實現(xiàn)虛擬 USB HUB（集線器）的功能
2.2 了解 USB 主控制器驅(qū)動
USB 的 USB CORE 在內(nèi)核源碼“drivers/usb/core/”中，如下圖所示，可以看到和各種
功能對應(yīng)的內(nèi)核源碼。其中有，USBCORE 核心代碼，hub、urb 等等。這些都是具體平臺無
關(guān)的代碼，在任意平臺中都是通用的核心層代碼，給外部驅(qū)動提供對應(yīng)的 API。

另外在內(nèi)核目錄“drivers/usb/serial/”下可以看到前面文檔中介紹的 USB 轉(zhuǎn)串口驅(qū)
動，這個目錄里面是 usb 轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動源碼。
USB 主控制在內(nèi)核源碼“drivers/usb/host/”中，如下圖所示，可以看到其中只有一個
編譯生成的“.o”文件。

我們在第一篇文檔中有介紹到 4412 的主控制器是 USB2.0，使用的是 EHCI 控制器。我
們在 menuconfig 中，進入“ Device Drivers”-> “USB support (USB_SUPPORT
[=y])”，如下圖所示，可以看到“EHCI HCD (USB 2.0) support”默認被配置了。

如上圖所示，可以看到“ S5P EHCI support”，這是針對具體平臺的配置，如下圖所示
這個配置定義了宏“CONFIG_USB_EHCI_S5P”。

接著使用 source insight 看一下“drivers/usb/host/ehci-hcd.c”的驅(qū)動源碼，做一下
簡單了解。
module_init(ehci_hcd_init);入口函數(shù)
入口函數(shù) ehci_hcd_init 中，以下代碼是注冊主控制器驅(qū)動的代碼。
#ifdef PLATFORM_DRIVER
retval = platform_driver_register(&PLATFORM_DRIVER);
if (retval < 0)
goto clean0;
#endif
如下圖所示，在 menuconfig 中我們可以看到 CONFIG_USB_EHCI_S5P 宏是被定義的，
所以 PLATFORM_DRIVER 被定義為 s5p_ehci_driver。
#ifdef CONFIG_USB_EHCI_S5P
#include "ehci-s5p.c"
#define PLATFORM_DRIVER s5p_ehci_driver
#endif
接著找一下 s5p_ehci_driver 的定義，在“drivers/usb/host/ehci-s5p.c”文件下。如下
圖所示，可以看到驅(qū)動名稱為"s5p-ehci"，USB 的主控制驅(qū)動在驅(qū)動注冊的時候也是使用平臺
驅(qū)動結(jié)構(gòu)體 platform_driver，結(jié)構(gòu)體中也是和字符驅(qū)動類似的 move、probe 等等函數(shù)。
有驅(qū)動注冊，那么肯定有設(shè)備注冊，而且設(shè)備名稱也是要和驅(qū)動名稱一樣為"s5p-ehci"。
接著我們在平臺文件中找一下設(shè)備注冊。在“arch/arm/mach-exynos/mach-
itop4412.c”文件中，搜索宏定義“USB_EHCI_S5P”，如下圖所示，可以看到主控制器函數(shù)
的設(shè)備注冊代碼。

如上圖所示，smdk4x12_ehci_pdata 結(jié)構(gòu)體變量應(yīng)該是在調(diào)用函數(shù)
s5p_ehci_set_platdata(pdata)中初始化的。接著在 source insight 中搜索一下
s5p_ehci_set_platdata 函數(shù)，找到了該函數(shù)是在“arch/arm/plat-s5p/dev-ehci.c”中定
義。如下圖所示，該函數(shù)中調(diào)用了 s5p_device_ehci 結(jié)構(gòu)體來進行初始化，接著搜索一下
s5p_device_ehci 結(jié)構(gòu)體。

如下圖所示，可以看到設(shè)備名稱注冊也是使用的“s5p-ehci”。

至此，我們完成分析了主控制的設(shè)備注冊和驅(qū)動注冊。具體實現(xiàn)代碼更加復(fù)雜，但是這部
分不需要我們?nèi)プ觯性瓘S會提供做好的驅(qū)動。
本文檔只是讓大家對主控制驅(qū)動有個感性的認識，在后面文檔中的設(shè)備描述符、URB（請
求塊）才是驅(qū)動學習的重點。
另外還有具體的 USB 驅(qū)動的移植，也比主機驅(qū)動和 USB 核心層驅(qū)動更重要，希望大家不
要花費過多的時間去研究主控制驅(qū)動和 USB 核心層代碼。而是要在主機驅(qū)動和核心層驅(qū)動的
基礎(chǔ)上，移植我們在項目和工程中需要的外圍模塊。到后面，大家會發(fā)現(xiàn)，在移植和使用
USB 外圍設(shè)備驅(qū)動的時候，完全不需要用到 USB 主控制器、USB 驅(qū)動框架等等知識。

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