调试uefi中Xhci总结

（1）几种USB控制器类型

在UEFI中，usb相关的驱动有

MdeModulePkg/Bus/Pci/OhciDxe/OhciDxe.inf

MdeModulePkg/Bus/Pci/UhciDxe/UhciDxe.inf
MdeModulePkg/Bus/Pci/EhciDxe/EhciDxe.inf                                                                                                                                           

MdeModulePkg/Bus/Pci/XhciDxe/XhciDxe.inf

MdeModulePkg/Bus/Usb/UsbBusDxe/UsbBusDxe.inf
MdeModulePkg/Bus/Usb/UsbKbDxe/UsbKbDxe.inf

MdeModulePkg/Bus/Usb/UsbMassStorageDxe/UsbMassStorageDxe.inf

前四个是和具体的USB控制器相关的驱动，后面三个是协议层的实现。

Ohci:(open host controller interface)是支持USB1.1协议标准的，但是它不仅仅针对USB设备，还支持Apple的火线（firewire IEEE1394）接口。主要用于非x86的USB设备，如嵌入式设备的USB控制器。

Uhci:(Universall host controller interface)是Intel主导的对USB1.0 1.1接口标准。与Ohci不兼容。Intel的VIA使用的就是uhci,和ohci相比uhci硬件设计比较简单，对应的软件驱动的任务比较重，实现的复杂。ohci硬件设计的比较复杂，软件驱动的任务就比较简单一些。所以ohci控制器的硬件成本比较高一些。

Ehci(Ehhanced host controller interface)是Intel主导的USB2.0协议标准，Ehci仅仅提供USB2.0的高速功能，而依靠Uhci或者Ohci来提供对全速或者低速设备的支持。（Xhci同样如此，只提供高速功能）

Xhci:(extensible host controller interface)是最新的USB3.0协议接口标准，在速度和节能，虚拟化等方面均有较大的提升。支持各种速度的usb设备，对前面的2.0 1.0设备都兼容。USB3.0的驱动同样可以驱2.0的接口控制器。

目前大部分键盘鼠标的控制器使用的是Ohci或者Uhci，而U盘等高速设备使用的是Ehci或者Xhci

（2）热插拔实现的原理

硬件设计：

在最初的标准里，USB接头有4条线：电源，D-,D+,地线。后来OTG出现了，又增加了miniUSB接头。而miniUSB接头则有5条线，多了一条ID线,用来标识身份用的。标准USB口只有A型和B型。其中每一型又分为插头和插座，例如A型插头，A型插座等。我们平常电脑上用的那种插座叫做A型USB插座，而相应的插头，叫做A型插头，例如U盘上那种。而像打印机上面那个插座，则是B型插座(比较四方的，没电脑上面那种扁)，相应的插头，就是B型插头。也许你见过一头方一头扁的USB延长线，没错了，扁的那头就叫做A型插头，而方的那头，就叫做B型插头，而相应的被插的那两个插座，就分别是A型插座和B型插座了。A型插头是插不进B型插座的，反之亦然。

      miniUSB也分为A型，B型，但增加了一个AB型（不是血型呀，别搞错了，没有O型^_^）。既然它叫做miniUSB,那么当然它就是很小的了，主要是给便携式设备用的，例如MP3、手机、数码相机等。USB是一主多从结构，即一个时刻只能有一台主机。像PC机就是一个主机，其它的只能是设备，因而两个设备之间是无法直接进行通信的。而USB OTG(on the go)的出现，则解决了这个矛盾：一个设备可以在某种场合下，改变身份，以主机的形式出现。因而就出现了AB型的miniUSB插座，不管是A型miniUSB插头，还是B型miniUSB插头，都可以插进去，而靠里面多出的那条ID线来识别它的身份：是主机还是从机。这样两个USB设备就可以直接连接起来，进行数据传送了。 像我们MP3上用的那中miniUSB插座，就是B型的miniUSB插座(注意,有一类miniUSB插座，似乎不是USB规范里面的，因为miniUSB接头应该有5条线,而这种插座只有4条线)。由于USB是支持热插拔的，因此它在接头的设计上也有相应的措施。USB插头的地引脚和电源引脚比较长，而两个数据引脚则比较短，这样在插入到插座中时，首先接通电源和地，然后再接通两个数据线。这样就可以保证电源在数据线之前接通，防止闩锁发生。至于USB电缆，通常我们不怎么关心，买现成的就行了，除非你是生产USB线缆的。在全速模式下需要使用带屏蔽的双绞电缆线，而低速模式模式则可以不用屏蔽和双绞。此外，USB协议规定，USB低速电缆长度不得超过3米，而全速电缆长度不得超过5米。这是因为线缆传输有延迟，要保证能够正确响应，就不能延迟太多。USB标准规定了里面信号线的颜色，其中Vbus为红色，D-为白色，D+为绿色，GND为黑色。然而，我见过很多USB线缆并没有遵循标准，所以大家在使用时要小心，用表测量一下比较可靠。

当有一个USB设备插入到集线器或者usb插头上的时候，在USB集线器的每个下游端口的D+和D-上，分别接了一个15K欧姆的下拉电阻到地。这样，在集线器的端口悬空时，就被这两个下拉电阻拉到了低电平。而在USB设备端，在D+或者D-上接了1.5K欧姆上拉电阻。对于全速和高速设备，上拉电阻是接在D+上；而低速设备则是上拉电阻接在D-上。这样，当设备插入到集线器时，由1.5K的上拉电阻和15K的下拉电阻分压，结果就将差分数据线中的一条拉高了。集线器检测到这个状态后，它就报告给USB主控制器（或者通过它上一层的集线器报告给USB主控制器），这样就检测到设备的插入了。

（2）实现热插拔的软件机制（如何检测port是否有优盘插入）

在uefi的公共模块中UsbBusDxe中，USBBusControllerDriverStart函数，如果依赖的Protocolg如EfiDevicePathProtocolGuid已经安装，然后检测UsbBusId Protocol是否安装，如果没有安装，执行UsbBusBuildProtocol这个函数，这个函数主要初始化USB_BUS这样一个变量，来初始化USBBUS。（UsbBus Protocol是依赖与PCIBUS的，pci又依赖于PCI Host Bridege,他们之间的安装关系如下：HostBride->PciBus->UsbBus->Xhci/Ehci）

UsbBus层的主要代码如下：

UsbBus = AllocateZeroPool (sizeof (USB_BUS));USB_BUS结构体的成员如下

struct _USB_BUS {
  UINTN                     Signature;
  EFI_USB_BUS_PROTOCOL      BusId;//usb bus protocol

  //  
  // Managed USB host controller
  //  
  EFI_HANDLE                HostHandle;//pointer of host handle
  EFI_DEVICE_PATH_PROTOCOL  *DevicePath;//device path
  EFI_USB2_HC_PROTOCOL      *Usb2Hc;//driver of xhci
  EFI_USB_HC_PROTOCOL       *UsbHc;//driver of ehci

  //  
  // Recorded the max supported usb devices.
  // XHCI can support up to 255 devices.
  // EHCI/UHCI/OHCI supports up to 127 devices.
  //  
  UINT32                    MaxDevices;//max number of device
  //  
  // An array of device that is on the bus. Devices[0] is
  // for root hub. Device with address i is at Devices[i].
  //  
  USB_DEVICE                *Devices[256];//store of device

  //  
  // USB Bus driver need to control the recursive connect policy of the bus, only those wanted
  // usb child device will be recursively connected.
  //  
  // WantedUsbIoDPList tracks the Usb child devices which user want to recursivly fully connecte,
  // every wanted child device is stored in a item of the WantedUsbIoDPList, whose structrure is
  // DEVICE_PATH_LIST_ITEM
  //  
  LIST_ENTRY                WantedUsbIoDPList;//list of device drover
 

};

初始化之后，判断usb bus所依赖的Protocol是否已经安装，这里判断的是xhci 和ehci的驱动，如果有一个已经成功安装，就进行安装USB busProtocol，代码如下

Status = gBS->InstallProtocolInterface (
                  &Controller,
                  &gEfiCallerIdGuid,
                  EFI_NATIVE_INTERFACE,
                  &UsbBus->BusId
                  );

然后成功安装之后，为usb 设备创建一个RootHub device 代码如下

RootHub = AllocateZeroPool (sizeof (USB_DEVICE));这个USB_DEVICE结构体如下

struct _USB_DEVICE {
  USB_BUS                   *Bus;

  //
  // Configuration information
  //
  UINT8                     Speed;
  UINT8                     Address;
  UINT32                    MaxPacket0;

  //
  // The device's descriptors and its configuration
  //
  USB_DEVICE_DESC           *DevDesc;
  USB_CONFIG_DESC           *ActiveConfig;

  UINT16                    LangId [USB_MAX_LANG_ID];
  UINT16                    TotalLangId;

  UINT8                     NumOfInterface;
  USB_INTERFACE             *Interfaces [USB_MAX_INTERFACE];

  //
  // Parent child relationship
  //
  EFI_USB2_HC_TRANSACTION_TRANSLATOR Translator;

  UINT8                     ParentAddr;
  USB_INTERFACE             *ParentIf;
  UINT8                     ParentPort;       // Start at 0
  UINT8                     Tier;
  BOOLEAN                   DisconnectFail;

};

然后为这个变量中的成员进行初始化，然后调用Status                  = mUsbRootHubApi.Init (RootIf);这里mUsbRootHubApi是一个表

具体内容如下：

USB_HUB_API mUsbRootHubApi = {
  UsbRootHubInit,
  UsbRootHubGetPortStatus,
  UsbRootHubClearPortChange,
  UsbRootHubSetPortFeature,
  UsbRootHubClearPortFeature,
  UsbRootHubResetPort,
  UsbRootHubRelease

};

USB_HUB_API 的类型定义如下：

struct _USB_HUB_API{                                                                                  &n