iTOP-4412開發板-驅動-usb文檔04-主控制器和驅動框架簡介

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iTOP-4412- 驅動-usb  文檔 04- 主控制器和驅動框架簡介 在學習 USB 驅動的過程中，雖然 USB 的內部驅動不需要我們去寫，但是還是需要對其有 個大概的了解。 1 USB 驅動架構簡介 USB 是一種主從結構的系統。主機叫做 Host，從機叫做 Device；開發板作為 USB host 端，USB 鼠標、USB 鍵盤、USB-WIFI 等等稱為設備端；通常，作為 USB device 的設備被稱 為 Gadget。 如下圖所示，是 USB 驅動架構簡略圖。在主機端（這里需要注意的是，內部驅動和外部 驅動都是屬于主機端）。 設備端，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，盡量與硬件無關。設備端的驅動一般是以固 件形式在設備端中，由設備端的生產廠商固化在設備端中。 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 設備，因此客戶軟件對設備的控制和所要 發送的數據只要交給 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備的 0 號端點且與默認管道通信，從而實現對設備的配置和其 他一些基本的控制工作。管道機制允許客戶和設備實現特定的通信功能。該默認管道描述了一 條 USBD 和 USB 設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 設備； 2) 管理主機和 USB 設備間的數據流； 3) 連接 USB 狀態和活動統計； 4) 控制主控制器和 USB 設備間的電氣接口，包括能量供應。 如下圖所示，是主機端驅動架構，在后面的教程中，我們會詳細分析其中的 URB（USB 請求塊）和 USB 設備描述符。在 USB 設備通信的整個流程中，USB 描述符用于主機端識別設 備端具體是哪個設備，這個過程是由主控制器來完成；USB 請求塊用于主機端和設備端的數 據傳輸，提供具體的數據格式定義以及通道。整個驅動架構中的其它部分一般不需要關注。 2 USB 主控制器 本節簡單了解一下 4412 的主控制驅動。 2.1 USB 主控制器的功能 USB 主控制器是集成到片上系統的，例如，4412 開發板，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 傳輸類型的調度工作 3. 負責 USB 數據的實際傳輸工作 4. 實現虛擬 USB HUB（集線器）的功能 2.2 了解 USB 主控制器驅動 USB 的 USB CORE 在內核源碼“drivers/usb/core/”中，如下圖所示，可以看到和各種 功能對應的內核源碼。其中有，USBCORE 核心代碼，hub、urb 等等。這些都是具體平臺無 關的代碼，在任意平臺中都是通用的核心層代碼，給外部驅動提供對應的 API。 另外在內核目錄“drivers/usb/serial/”下可以看到前面文檔中介紹的 USB 轉串口驅 動，這個目錄里面是 usb 轉串口的驅動源碼。 USB 主控制在內核源碼“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”的驅動源碼，做一下 簡單了解。 module_init(ehci_hcd_init);入口函數 入口函數 ehci_hcd_init 中，以下代碼是注冊主控制器驅動的代碼。 #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，可以看到驅動名稱為"s5p-ehci"，USB 的主控制驅動在驅動注冊的時候也是使用平臺 驅動結構體 platform_driver，結構體中也是和字符驅動類似的 move、probe 等等函數。 有驅動注冊，那么肯定有設備注冊，而且設備名稱也是要和驅動名稱一樣為"s5p-ehci"。 接著我們在平臺文件中找一下設備注冊。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 的設備注冊代碼。 如上圖所示，smdk4x12_ehci_pdata 結構體變量應該是在調用函數 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，找到了該函數是在“arch/arm/plat-s5p/dev-ehci.c”中定 義。如下圖所示，該函數中調用了 s5p_device_ehci 結構體來進行初始化，接著搜索一下 s5p_device_ehci 結構體。 如下圖所示，可以看到設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備注冊和驅動注冊。具體實現代碼更加復雜，但是這部 分不需要我們去做，有原廠會提供做好的驅動。 本文檔只是讓大家對主控制驅動有個感性的認識，在后面文檔中的設備描述符、URB（請 求塊）才是驅動學習的重點。 另外還有具體的 USB 驅動的移植，也比主機驅動和 USB 核心層驅動更重要，希望大家不 要花費過多的時間去研究主控制驅動和 USB 核心層代碼。而是要在主機驅動和核心層驅動的 基礎上，移植我們在項目和工程中需要的外圍模塊。到后面，大家會發現，在移植和使用 USB 外圍設備驅動的時候，完全不需要用到 USB 主控制器、USB 驅動框架等等知識

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