iTOP-4412開發(fā)板-驅(qū)動(dòng)-usb文檔04-主控制器和驅(qū)動(dòng)框架簡(jiǎn)介

ID:245207 · 發(fā)表于 2019-5-13 14:15

iTOP-4412- 驅(qū)動(dòng)-usb 文檔 04- 主控制器和驅(qū)動(dòng)框架簡(jiǎn)介
在學(xué)習(xí) USB 驅(qū)動(dòng)的過程中，雖然 USB 的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)不需要我們?nèi)懀沁€是需要對(duì)其有
個(gè)大概的了解。
1 USB 驅(qū)動(dòng)架構(gòu)簡(jiǎn)介
USB 是一種主從結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。主機(jī)叫做 Host，從機(jī)叫做 Device；開發(fā)板作為 USB host
端，USB 鼠標(biāo)、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(dòng)架構(gòu)簡(jiǎn)略圖。在主機(jī)端（這里需要注意的是，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)和外部
驅(qū)動(dòng)都是屬于主機(jī)端）。

設(shè)備端，Gadget API 定義了一個(gè)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(shí)現(xiàn)，盡量與硬件無關(guān)。設(shè)備端的驅(qū)動(dòng)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(jī)端，有 USB HCD 和 USBD 兩個(gè)接口層。
USB HCD 的全稱為主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)(Host Controller Driver)，它是對(duì)主機(jī)控制器硬件的
一個(gè)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(duì)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(jī)制和管道機(jī)制。客戶軟
件通過命令機(jī)制可以訪問所有設(shè)備的 0 號(hào)端點(diǎn)且與默認(rèn)管道通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的配置和其
他一些基本的控制工作。管道機(jī)制允許客戶和設(shè)備實(shí)現(xiàn)特定的通信功能。該默認(rèn)管道描述了一
條 USBD 和 USB 設(shè)備間通信的邏輯通道。
主機(jī)端各層有以下功能：
1) 檢測(cè)連接和移去的 USB 設(shè)備；
2) 管理主機(jī)和 USB 設(shè)備間的數(shù)據(jù)流；
3) 連接 USB 狀態(tài)和活動(dòng)統(tǒng)計(jì)；
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(jī)端驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，在后面的教程中，我們會(huì)詳細(xì)分析其中的 URB（USB
請(qǐng)求塊）和 USB 設(shè)備描述符。在 USB 設(shè)備通信的整個(gè)流程中，USB 描述符用于主機(jī)端識(shí)別設(shè)
備端具體是哪個(gè)設(shè)備，這個(gè)過程是由主控制器來完成；USB 請(qǐng)求塊用于主機(jī)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(gè)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單了解一下 4412 的主控制驅(qū)動(dòng)。
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(hù) URB
2. 負(fù)責(zé)不同 USB 傳輸類型的調(diào)度工作
3. 負(fù)責(zé) USB 數(shù)據(jù)的實(shí)際傳輸工作
4. 實(shí)現(xiàn)虛擬 USB HUB（集線器）的功能
2.2 了解 USB 主控制器驅(qū)動(dòng)
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(duì)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(tái)無
關(guān)的代碼，在任意平臺(tái)中都是通用的核心層代碼，給外部驅(qū)動(dòng)提供對(duì)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(dòng)，這個(gè)目錄里面是 usb 轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)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(gè)
編譯生成的“.o”文件。

我們?cè)诘谝黄臋n中有介紹到 4412 的主控制器是 USB2.0，使用的是 EHCI 控制器。我
們?cè)?menuconfig 中，進(jìn)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(rèn)被配置了。

如上圖所示，可以看到“ S5P EHCI support”，這是針對(duì)具體平臺(tái)的配置，如下圖所示
這個(gè)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(dòng)源碼，做一下
簡(jiǎn)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(cè)主控制器驅(qū)動(dòng)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(dòng)名稱為"s5p-ehci"，USB 的主控制驅(qū)動(dòng)在驅(qū)動(dòng)注冊(cè)的時(shí)候也是使用平臺(tái)
驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體 platform_driver，結(jié)構(gòu)體中也是和字符驅(qū)動(dòng)類似的 move、probe 等等函數(shù)。
有驅(qū)動(dòng)注冊(cè)，那么肯定有設(shè)備注冊(cè)，而且設(shè)備名稱也是要和驅(qū)動(dòng)名稱一樣為"s5p-ehci"。
接著我們?cè)谄脚_(tái)文件中找一下設(shè)備注冊(cè)。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(cè)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(jìn)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(cè)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(cè)和驅(qū)動(dòng)注冊(cè)。具體實(shí)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(huì)提供做好的驅(qū)動(dòng)。
本文檔只是讓大家對(duì)主控制驅(qū)動(dòng)有個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，在后面文檔中的設(shè)備描述符、URB（請(qǐng)
求塊）才是驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。
另外還有具體的 USB 驅(qū)動(dòng)的移植，也比主機(jī)驅(qū)動(dòng)和 USB 核心層驅(qū)動(dòng)更重要，希望大家不
要花費(fèi)過多的時(shí)間去研究主控制驅(qū)動(dòng)和 USB 核心層代碼。而是要在主機(jī)驅(qū)動(dòng)和核心層驅(qū)動(dòng)的
基礎(chǔ)上，移植我們?cè)陧?xiàng)目和工程中需要的外圍模塊。到后面，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)，在移植和使用
USB 外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，完全不需要用到 USB 主控制器、USB 驅(qū)動(dòng)框架等等知識(shí)。

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