Windows XP下USB整体结构

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Windows XP下USB整体结构
2010-01-22 13:57

这里主要讲的是Windows XP下USB驱动协议栈的整体结构，以及内部的一些重要数据结构。在写这些东西时，参考了大牛Tiamo的相关论坛贴子 ，内容很多雷同，说是转贴也不为过。

USB协议栈是由如下几个驱动文件构成的：

usbport.sys USB主机控制器共用驱动代码库，供miniport驱动调用。
usbhub.sys USB总线驱动，USB总线也是USB设备的一种。
usbehci.sys USB EHCI主机控制器驱动，它是属于miniport驱动。
usbuhci.sys USB UHCI主机控制器驱动，它是属于miniport驱动。
usbohci.sys USB OHCI主机控制器驱动，它是属于miniport驱动。
usbd.sys USB设备驱动共用代码库，供USB设备驱动和总线驱动调用。

usbccgp.sys USB复合设备驱动。
usbstor.sys USB存储设备驱动。
usbaudio.sys USB声音设备驱动。
usbvideo.sys USB视频设备驱动。
hidusb.sys USB HID设备驱动。

主机控制器驱动是USB协议栈的最底层驱动，在它之上就是USB总线驱动，再之上是USB设备驱动。

USB设备驱动上面呢，一般还有其它的驱动。象usbstor上面还有存储设备class驱动，hidusb上面还有HIDclass驱动。不过这上面的驱动，就和USB的驱动协议栈没有多大的关系了。而设备驱动和具体的设备类有千丝万缕的关系，不是我们要讨论的重点。

这里重点要讨论的是控制器和总线，这是USB驱动协议栈的核心。

我们知道，USB2.0有EHCI控制器，USB1.1有UHCI和OHCI控制器。这样一共有三种控制器，它们之间有什么区别呢? 这要先说一说控制器的作用，USB协议栈并不是凭空而建立起来的，它下层就是PCI总线驱动（一般而言，也不一定非得是PCI总线），而控制器的作用就是和PCI总线打交道，将USB的功能和操作转变成PCI总线上的一系列操作，同时还兼任着usb总线的日常管理。

不同的硬件厂商都可以有它自己的一个控制器规范，这在USB协议出现早期尤为突出。但这样各自为政毕竟对整个规范的发展不利，于是大家便开始统一接口规范，这统一规范能满足大家的绝大部分需求，所以大家也就都用标准规范。USB 1.1时，就形成了OHCI和UHCI两大阵营，而USB2.0时，则只有EHCI了，显然，大家还是觉得标准越少麻烦越少。

对比一下UHCI和OHCI，两者都是提供对USB1.1协议的支持，只不过，UHCI硬件实现相对较少而成本相对较低，但软件驱动复杂度相对较高，所以，UHCI多用在PC上，OHCI多用在嵌入设备中。而 EHCI 则是伴随着USB 2.0规范一同出现（因为大家都受够了要同时支持两大规范的痛苦），它同时也向下兼容UHCI和OHCI。

好了，废话就说这么多，再具体的网上可查。下面，就说说控制器驱动的事儿。各大控制器规范和底层PCI总线的接口差别比较大，但它控制USB总线那一块的功能都基本上差不多 -- 都是完全符合USB本身规范的。所以，各大控制器的驱动底层接口部分是各自为政，而USB总线管理部分则被提炼出来，形成一个共同的代码库，名为usbport.sys。也就是说，usbport.sys并不是一个独立的驱动，而只是一个供别人调用的动态链接库。而这个动态链接库由于实现了控制器驱动的绝大多数功能，所以，我们习惯地将它当作控制器驱动的主体。

讲了usbport.sys是怎么回事，顺带讲讲usbd.sys。usbd.sys和usbport.sys角色定位类似，它也只是作为一个动态链接库供USB设备驱动和USB总线驱动使用。不过，由于usbd.sys实现的功能很有限，作用没有usbport.sys那么突出，所以就显得比较边缘化，在一般的讨论中将它忽略掉。

关于USB驱动栈的整体结构就讲到这里，后续会具体讲讲usbhub.sys和usbport.sys所实现的功能。