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20.2.1 USB主机驱动的整体结构

USB主机控制器有3种规格：OHCI (Open Host Controller Interface)、UHCI (Universal Host Controller Interface) 和EHCI (Enhanced Host Controller Interface)。OHCI驱动程序用来为非PC 系统上以及带有SiS和ALi芯片组的 PC 主板上的USB芯片提供支持。UHCI驱动程序多用来为大多数其他PC主板（包括 Intel和Via）上的USB芯片提供支持。EHCI由USB 2.0规范所提出，它兼容于OHCI 和UHCI。UHCI的硬件线路比OHCI简单，所以成本较低，但需要较复杂的驱动程序，CPU负荷稍重。本节将重点介绍嵌入式系统中常用的OHCI主机控制器驱动。

1．主机控制器驱动

在Linux内核中，用usb_hcd结构体描述USB主机控制器驱动，它包含USB主机控制器的“家务”信息、硬件资源、状态描述和用于操作主机控制器的hc_driver等，其定义如代码清单20.6所示。

代码清单20.6 usb_hcd结构体

1  struct usb_hcd
2  {
3    /* 管理“家务” */
4    struct usb_bus self;
5    const char *product_desc; /* 产品/厂商字符串 */
6    char irq_descr[24]; /* 驱动 + 总线 # */
7  
8    struct timer_list rh_timer; /* 根Hub轮询 */
9    struct urb *status_urb; /* 目前的状态urb */
10 
11   /* 硬件信息/状态 */
12   const struct hc_driver *driver; /* 硬件特定的钩子函数 */
13 
14   /* 需要维护的标志 */
15   unsigned long flags;
16   #define HCD_FLAG_HW_ACCESSIBLE  0x00000001
17   #define HCD_FLAG_SAW_IRQ        0x00000002
18 
19   unsigned rh_registered: 1; /* 根Hub注册？ */
20 
21   /* 下一个标志的采用只是“权益之计”，当所有HCDs支持新的根Hub轮询机制后将移除 */
22   unsigned uses_new_polling: 1;
23   unsigned poll_rh: 1; /* 轮询根Hub状态? */
24   unsigned poll_pending: 1; /* 状态已经改变? */
25 
26   int irq; /* 被分配的irq */
27   void _ _iomem *regs; /* 设备内存和I/O */
28   u64 rsrc_start; /* 内存和I/O资源开始位置 */
29   u64 rsrc_len; /* 内存和I/O资源长度 */
30   unsigned power_budget; /* mA, 0 = 无限制 */
31 
32   #define HCD_BUFFER_POOLS        4
33   struct dma_pool *pool[HCD_BUFFER_POOLS];
34 
35   int state;
36   #define _ _ACTIVE                0x01
37   #define _ _SUSPEND               0x04
38   #define _ _TRANSIENT             0x80
39 
40   #define HC_STATE_HALT           0
41   #define HC_STATE_RUNNING        (_ _ACTIVE)
42   #define HC_STATE_QUIESCING   (_ _SUSPEND|_ _TRANSIENT|_ _ACTIVE)
43   #define HC_STATE_RESUMING       (_ _SUSPEND|_ _TRANSIENT)
44   #define HC_STATE_SUSPENDED      (_ _SUSPEND)
45 
46   #define HC_IS_RUNNING(state) ((state) & _ _ACTIVE)
47   #define HC_IS_SUSPENDED(state) ((state) & _ _SUSPEND)
48   /* 主机控制器驱动的私有数据 */
49   unsigned long hcd_priv[0]_ _attribute_ _((aligned(sizeof(unsigned long))));
50 };

usb_hcd中的hc_driver成员非常重要，它包含具体的用于操作主机控制器的钩子函数，其定义如代码清单20.7所示。

代码清单20.7 hc_driver结构体

1  struct hc_driver
2  {
3    const char *description; /* "ehci-hcd" 等 */
4    const char *product_desc; /* 产品/厂商字符串 */
5    size_t hcd_priv_size; /* 私有数据的大小 */
6  
7    /* 中断处理函数 */
8    irqreturn_t(*irq)(struct usb_hcd *hcd, struct pt_regs *regs);
9  
10   int flags;
11   #define HCD_MEMORY      0x0001      /* HC寄存器使用的内存和I/O */
12   #define HCD_USB11       0x0010          /* USB 1.1 */
13   #define HCD_USB2        0x0020          /* USB 2.0 */
14 
15   /* 被调用以初始化HCD和根Hub */
16   int(*reset)(struct usb_hcd *hcd);
17   int(*start)(struct usb_hcd *hcd);
18 
19   /* 挂起Hub后，进入D3(etc)前被调用 */
20   int(*suspend)(struct usb_hcd *hcd, pm_message_t message);
21 
22   /* 在进入D0(etc)后，恢复Hub前调用 */
23   int(*resume)(struct usb_hcd *hcd);
24 
25   /* 使HCD停止写内存和进行I/O操作 */
26   void(*stop)(struct usb_hcd *hcd);
27 
28   /* 返回目前的帧数 */
29   int(*get_frame_number)(struct usb_hcd *hcd);
30 
31   /* 管理I/O请求和设备状态 */
32   int(*urb_enqueue)(struct usb_hcd *hcd, struct usb_host_endpoint *ep, struct
33     urb *urb, gfp_t mem_flags);
34   int(*urb_dequeue)(struct usb_hcd *hcd, struct urb *urb);
35 
36   /* 释放endpoint资源 */
37   void(*endpoint_disable)(struct usb_hcd *hcd, struct usb_host_endpoint *ep);
38 
39   /* 根Hub支持 */
40   int(*hub_status_data)(struct usb_hcd *hcd, char *buf);
41   int(*hub_control)(struct usb_hcd *hcd, u16 typeReq, u16 wValue, u16 wIndex,
42     char *buf, u16 wLength);
43   int(*bus_suspend)(struct usb_hcd*);
44   int(*bus_resume)(struct usb_hcd*);
45   int(*start_port_reset)(struct usb_hcd *, unsigned port_num);
46   void(*hub_irq_enable)(struct usb_hcd*);
47 };

在Linux内核中，使用如下函数来创建HCD：

struct usb_hcd *usb_create_hcd (const struct hc_driver *driver,
      struct device *dev, char *bus_name);

如下函数被用来增加和移除HCD：

int usb_add_hcd(struct usb_hcd *hcd,
       unsigned int irqnum, unsigned long irqflags);
void usb_remove_hcd(struct usb_hcd *hcd);

2．OHCI主机控制器驱动

OHCI HCD驱动属于HCD驱动的实例，它定义了一个ohci_hcd结构体，作为代码清单20.6给出的usb_hcd结构体的私有数据，这个结构体的定义如代码清单20.8所示。

代码清单20.8 ohci_hcd结构体

1  struct ohci_hcd
2  {
3    spinlock_t lock;
4  
5    /* 与主机控制器通信的I/O内存(DMA一致) */
6    struct ohci_regs _ _iomem *regs;
7  
8    /* 与主机控制器通信的主存(DMA一致) */
9    struct ohci_hcca *hcca;
10   dma_addr_t hcca_dma;
11 
12   struct ed *ed_rm_list; /* 将被移除 */
13   struct ed *ed_bulktail; /* 批量队列尾 */
14   struct ed *ed_controltail; /* 控制队列尾 */
15   struct ed *periodic[NUM_INTS]; /* int_table“影子” */
16 
17   /* OTG控制器和收发器需要软件交互，其他的外部收发器应该是软件透明的 */
18   struct otg_transceiver *transceiver;
19 
20   /* 队列数据的内存管理 */
21   struct dma_pool *td_cache;
22   struct dma_pool *ed_cache;
23   struct td *td_hash[TD_HASH_SIZE];
24   struct list_head pending;
25 
26   /* driver状态 */
27   int num_ports;
28   int load[NUM_INTS];
29   u32 hc_control; /* 主机控制器控制寄存器的复制 */
30   unsigned long next_statechange; /* 挂起/恢复 */
31   u32 fminterval; /* 被保存的寄存器 */
32 
33   struct notifier_block reboot_notifier;
34   unsigned long flags;
35 };

使用如下内联函数可实现usb_hcd和ohci_hcd的相互转换：

struct ohci_hcd *hcd_to_ohci (struct usb_hcd *hcd);
struct usb_hcd *ohci_to_hcd (const struct ohci_hcd *ohci);

从usb_hcd得到ohci_hcd只是取得“私有”数据，而从ohci_hcd得到usb_hcd则是通过container_of()从结构体成员获得结构体指针。

使用如下函数可初始化OHCI主机控制器：

int ohci_init (struct ohci_hcd *ohci);

如下函数分别用于开启、停止及复位OHCI控制器：

int ohci_run (struct ohci_hcd *ohci);
void ohci_stop (struct usb_hcd *hcd);
void ohci_usb_reset (struct ohci_hcd *ohci);

OHCI主机控制器驱动的主机工作仍然是实现代码清单20.7给出的hc_driver结构体中的成员函数。