1、問(wèn)題的提出
   

        通用串行總線(USB)作為一種中高速的數(shù)據(jù)方式，已經(jīng)很普遍地應(yīng)用于外設(shè)與主機(jī)的通信中。VxWorks是當(dāng)今十分流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在通信、國(guó)防、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。很多VxWorks系統(tǒng)中都有USB設(shè)備，可是關(guān)于USB的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有相關(guān)的資料可以參考，給實(shí)際工作帶來(lái)了難題。本文通過(guò)詳細(xì)地分析VxWorks下的USB驅(qū)動(dòng)棧，具體提出了其實(shí)際應(yīng)用的方法，為USB在應(yīng)用VxWorks的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)掃清了技術(shù)障礙。

        2、VxWorks簡(jiǎn)介
   

        VxWorks是WindRiver公司開發(fā)的具有工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位的高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real Tim Operation System，RTOS)內(nèi)核，具有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)功能。VxWorks的開放式結(jié)構(gòu)和對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持，使得開發(fā)人員易于設(shè)計(jì)高效的嵌入式系統(tǒng)，并可以很小的工作量移植到其它不同的處理器上。

        作為一種先進(jìn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它具有以下特點(diǎn)：

        可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。 
        高效的任務(wù)管理：
        ① 多任務(wù)，具有256個(gè)優(yōu)先級(jí)。
        ② 具有優(yōu)先級(jí)排隊(duì)和循環(huán)調(diào)度。
        ③ 快速的、確定性的上下文切換。 
        靈活的任務(wù)間通訊：
        ① 三種信號(hào)燈：二進(jìn)制、計(jì)數(shù)、有優(yōu)先級(jí)繼承特性的互斥信號(hào)燈。
        ② 消息隊(duì)列。
        ③ 套接字(Socket)。
        ④ 共享內(nèi)存。
        ⑤ 信號(hào)(Signals) 
        微秒級(jí)的中斷處理。 
        支持POSIX 1003.1b實(shí)時(shí)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)。 
        支持多種物理介質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)的、完整的TCPIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 
        靈活的引導(dǎo)方式。支持從ROM、flash、本地盤(軟盤或硬盤)或網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)。 
        支持多處理器并行處理。 
        快速靈活的l／O系統(tǒng)。 
        支持MS-DOS和RT-11文件系統(tǒng)。 
        支持本地盤，flash，CD-ROM 的使用。 
        完全符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)。 
        多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。

        3、 USB驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)概述

        圖1提供了一個(gè)USB主驅(qū)動(dòng)棧結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單概括。圖2顯示了USB主驅(qū)動(dòng)棧的各模塊之間的功能聯(lián)系。

 圖1 USB主驅(qū)動(dòng)棧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單模型

                                      圖2 USB主驅(qū)動(dòng)棧各模塊之間的功能聯(lián)系
   

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

       目前，市場(chǎng)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(jiǎn)稱UHCI)，另一種是支持由微軟、康柏和國(guó)家半導(dǎo)體公司聯(lián)合設(shè)計(jì)提出的開放主控制器接口(Open Host Controller Interface，簡(jiǎn)稱OHCI)。硬件廠商一般根據(jù)這兩個(gè)規(guī)范設(shè)計(jì)他們的USB主控制器。
   

       對(duì)于每一類型的主控制器都有一個(gè)與硬件獨(dú)立的USB主控制器驅(qū)動(dòng)(Host Controller Driver，簡(jiǎn)稱HCD)。WindRiver提供了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器庫(kù))和usbHedOheiLib (OHCI主控制器庫(kù))。USB主驅(qū)動(dòng)(USB host driver，簡(jiǎn)稱USBD)和HCD之間的接口允許一個(gè)或超過(guò)一個(gè)的底層主控制器。而且，WindRiver的USBD能夠同時(shí)連接多個(gè)USB HCD。這樣的設(shè)計(jì)特點(diǎn)可以使開發(fā)者建立復(fù)雜的USB系統(tǒng)。
   

       USBD是在HCD之上的與硬件獨(dú)立的模塊。USBD管理每一個(gè)與主機(jī)相連的USB設(shè)備， 向更高層次提供了可與USB設(shè)備通信的路徑。它還負(fù)責(zé)自動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)能否對(duì)USB正確操作的評(píng)價(jià)之一。因此WindRiver的USBD設(shè)計(jì)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(shè)備的動(dòng)態(tài)插拔。
    USB Client模塊在USB主驅(qū)動(dòng)棧的頂端。USB類驅(qū)動(dòng)(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USB類驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)管理連接到USB上的不同類型的設(shè)備； 它們依靠USBD來(lái)提供與每個(gè)設(shè)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(shè)備通信的應(yīng)用程序。

       4、 USBD驅(qū)動(dòng)詳解
   

       這一部分將要描述USBD(USB Host Driver)的典型應(yīng)用。例如初始化，client注冊(cè)，動(dòng)態(tài)連接注冊(cè)，設(shè)備配置，數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)還探討了USBD內(nèi)部設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特性。這部分是VxWorks下USB驅(qū)動(dòng)的核心。

       4.1 初始化USBD：分為兩步

       (1)必須至少調(diào)用一次函數(shù)usbdInitialize()。在一個(gè)給定的系統(tǒng)中，usbdlnifialize()初始化內(nèi)部USBD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并依次調(diào)用其它USB驅(qū)動(dòng)棧模塊的入口。usbdinitialize()可以在啟動(dòng)時(shí)調(diào)用一次，也可以對(duì)每一個(gè)設(shè)備各調(diào)用一次。USBD 自己記錄了調(diào)用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次數(shù)。只有大于等于1時(shí)才是真正初始化了，而等于0是關(guān)閉了。

       (2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函數(shù)來(lái)把至少一個(gè)HCD連接到USBD上。這一過(guò)程既可以在VxWorks啟動(dòng)時(shí)，也可以在運(yùn)行時(shí)把HCD 連接到USBD 上去。后一種機(jī)制可以支持“熱插拔”，而不用象前一種那樣需要重新啟動(dòng)。

       4.2 HCD的連接(attaching)與斷開(detaching)
   

       當(dāng)HCD連接到USBD 時(shí)，調(diào)用者為usbdHedattaeh函數(shù)傳遞HCD執(zhí)行入口(表HCD_EXEC_FUNC)和HCD連接參數(shù)(HCD attach parameter)。USBD用HCD FNC ATYACH 服務(wù)請(qǐng)求依次激活HCD的執(zhí)行入口，傳遞同樣的HCD attach參數(shù)。
   

       需要強(qiáng)調(diào)雖然可以改變用HCD定義的參數(shù)，但是最好不應(yīng)該有所改變。對(duì)于WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach參數(shù)是一個(gè)指向結(jié)構(gòu)PCI_CFG_HEADER (定義在pciConstants.h) 的指針。

       該結(jié)構(gòu)用UHCI和OHCI主控制器的PCI配置頭來(lái)初始化，而HCD用這個(gè)結(jié)構(gòu)中的信息來(lái)定位，管理特定的主控制器。典型的，調(diào)用者用usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()來(lái)得到想要的主控制器的PCI配置頭- 這兩個(gè)函數(shù)定義在usbPciLib 中(stubUsbarchPciLib.h中)。如果有UHCI或OHCI要連接到USBD，就要調(diào)用這些函數(shù)來(lái)獲得每一個(gè)主控制器的PCI_CFG_HEADER。然后利用usbdHedAttaeh來(lái)激活已鑒別出的每一個(gè)主控制器。
   

       注意：底層BSP可能不支持USB的HCD斷開，因?yàn)楫?dāng)中斷向量表重新使能時(shí)，如果還應(yīng)用的是過(guò)期的向量表，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。

       4.3 啟動(dòng)順序
   

       必須在所有USBD函數(shù)前執(zhí)行函數(shù)usbdInitialize()。存在以下兩種調(diào)用方式：
(1)傳統(tǒng)的“啟動(dòng)”初始化。執(zhí)行順序與其意義如下：
a．usbdInitialize()；
b．usbdPciClassFind()：定位一個(gè)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(diào)用USB class driver初始化入口點(diǎn)；
f．USB class driver調(diào)用usbdlnitialize()。