當前有關(guān) USB 的開發(fā),少數(shù)基于單 片的無OS（operating system）的USB 主機開發(fā)大都是由個人完成，其軟件的耦合度高、接 口不夠清晰、可重用性低。而LINUX 中的USB 主機驅(qū)動程序由于其復(fù)雜性和對系統(tǒng)的依賴 性，對其在無OS 平臺上的移植帶來了一定的困難。

論文以Compaq、Microsoft 等公開的 USB 主機控制器接口規(guī)范為基礎(chǔ),遵循USB 主機的協(xié)議規(guī)范,開發(fā)了獨立于操作系統(tǒng)的USB 主機底層驅(qū)動程序,并在S3C2410 平臺上得到了驗證。下面詳細論述主機控制器接口規(guī)范及 驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)。

2 USB 體系結(jié)構(gòu)

USB 體系包括一系列的硬件層和軟件層,如圖1 所示。

為了實現(xiàn)其可重用性和適合嵌入式系統(tǒng)特性，圖 1 借鑒了PC 機上的USB 主機系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，同時對一些在嵌入式系統(tǒng)中不必要的功能進行了取舍。用戶程序和USB 設(shè)備類驅(qū)動通 過加工和分解IRP,構(gòu)建相應(yīng)的URB（Universal Request Block）并通過HCD(Host Controller Driver)提供的接口傳遞給主控制器驅(qū)動程序HCD。HCD 處理URB 并建立相應(yīng)的端點ED 和傳輸數(shù)據(jù)TD,其基本信息包括：USB 設(shè)備地址和端點號、數(shù)據(jù)傳輸類型、最大包長度、傳輸 方向、傳輸速度和內(nèi)存緩沖區(qū)地址等,細節(jié)在下文介紹。然后啟動HC(Host Controller)進行數(shù) 據(jù)傳輸。HCD 還負責主機控制器HC 的管理,通過一組硬件寄存器來控制HC。HC 通過USB 總線與設(shè)備相連,在HCD 的控制下處理數(shù)據(jù)的輸入輸出。HC 還提供協(xié)議引擎、差錯處理、 遠程喚醒、幀產(chǎn)生等功能。

HC 是USB 主機系統(tǒng)的硬件核心,它位于USB 協(xié)議棧中最低層,HC 向上提供一個接口 規(guī)范HCI(Host Controller Interface),HCD 是此接口的具體實現(xiàn)。目前USB 的HC 芯片組有三 種,而隨之對應(yīng)的HCI 也有三種:EHCI(Enhanced Host ControllerInterface);OHCI(Open Host Controller Interface);UHCI(Universal Host Controller Interface)。論文將以嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用較 多的OHCI 為例,介紹接口規(guī)范和驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)細節(jié)。

3 HCD 的實現(xiàn)

USB 主機控制器驅(qū)動程序（HCD）是USB 軟件協(xié)議棧最底層一部分。HCD 向上僅對 USBD 提供服務(wù)，HCD 提供一個軟件接口，即HCDI(HCD Interface)，接受USBD 的調(diào)用和 管理。HCD 通過HC 的操作寄存器和通信域來管理HC 和實現(xiàn)USB 數(shù)據(jù)的傳輸。HCD 具體 實現(xiàn)如下：

3.1 HCD 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

HCD 主要構(gòu)建的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有端點描述符ED(Endpoint Descriptor)、傳輸描述符TD(Transfer Descriptor)。

3.1.1 ED（Endpoint Descriptor）

在OHCI 上，每個ED 對應(yīng)一個USB 設(shè)備端點，不同的設(shè)備端點擁有不同的ED。同種 傳輸類型的ED 組成一鏈表，OHCI 有三種ED 鏈表：控制傳輸數(shù)據(jù)鏈表、批量傳輸數(shù)據(jù)鏈 表和周期性數(shù)據(jù)鏈表（中斷數(shù)據(jù)傳輸和等時數(shù)據(jù)傳輸同屬此類），HC 通過相應(yīng)的操作寄存 器訪問各個鏈表。每個ED 是4 個32 位數(shù)組成的結(jié)構(gòu)。如下表：