1、問題的提出
   

        通用串行總線(USB)作為一種中高速的數(shù)據(jù)方式，已經(jīng)很普遍地應用于外設與主機的通信中。VxWorks是當今十分流行的實時操作系統(tǒng)，在通信、國防、工業(yè)控制、醫(yī)療設備等嵌入式實時應用領域。很多VxWorks系統(tǒng)中都有USB設備，可是關于USB的驅(qū)動實現(xiàn)并沒有相關的資料可以參考，給實際工作帶來了難題。本文通過詳細地分析VxWorks下的USB驅(qū)動棧，具體提出了其實際應用的方法，為USB在應用VxWorks的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)掃清了技術障礙。

        2、VxWorks簡介
   

        VxWorks是WindRiver公司開發(fā)的具有工業(yè)領導地位的高性能實時操作系統(tǒng)(Real Tim Operation System，RTOS)內(nèi)核，具有先進的網(wǎng)絡功能。VxWorks的開放式結(jié)構(gòu)和對工業(yè)標準的支持，使得開發(fā)人員易于設計高效的嵌入式系統(tǒng)，并可以很小的工作量移植到其它不同的處理器上。

        作為一種先進的實時操作系統(tǒng)，它具有以下特點：

        可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。 
        高效的任務管理：
        ① 多任務，具有256個優(yōu)先級。
        ② 具有優(yōu)先級排隊和循環(huán)調(diào)度。
        ③ 快速的、確定性的上下文切換。 
        靈活的任務間通訊：
        ① 三種信號燈：二進制、計數(shù)、有優(yōu)先級繼承特性的互斥信號燈。
        ② 消息隊列。
        ③ 套接字(Socket)。
        ④ 共享內(nèi)存。
        ⑤ 信號(Signals) 
        微秒級的中斷處理。 
        支持POSIX 1003.1b實時擴展標準。 
        支持多種物理介質(zhì)及標準的、完整的TCPIP網(wǎng)絡協(xié)議。 
        靈活的引導方式。支持從ROM、flash、本地盤(軟盤或硬盤)或網(wǎng)絡引導。 
        支持多處理器并行處理。 
        快速靈活的l／O系統(tǒng)。 
        支持MS-DOS和RT-11文件系統(tǒng)。 
        支持本地盤，flash，CD-ROM 的使用。 
        完全符合ANSI C標準。 
        多個系統(tǒng)調(diào)用。

        3、 USB驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)概述

        圖1提供了一個USB主驅(qū)動棧結(jié)構(gòu)的簡單概括。圖2顯示了USB主驅(qū)動棧的各模塊之間的功能聯(lián)系。

 圖1 USB主驅(qū)動棧結(jié)構(gòu)簡單模型

                                      圖2 USB主驅(qū)動棧各模塊之間的功能聯(lián)系
   

       在棧的最底部是USB主控制器(USB HC， 即USB Host Controller)， 這是主系統(tǒng)中控制每一個USB設備的硬件部分。
   

       目前，市場上主要有兩大類USB主控制器，一種是支持由ime1公司最先提出的通用主控制器接口(Universal Host Controller Interface，簡稱UHCI)，另一種是支持由微軟、康柏和國家半導體公司聯(lián)合設計提出的開放主控制器接口(Open Host Controller Interface，簡稱OHCI)。硬件廠商一般根據(jù)這兩個規(guī)范設計他們的USB主控制器。
   

       對于每一類型的主控制器都有一個與硬件獨立的USB主控制器驅(qū)動(Host Controller Driver，簡稱HCD)。WindRiver提供了兩個驅(qū)動：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器庫)和usbHedOheiLib (OHCI主控制器庫)。USB主驅(qū)動(USB host driver，簡稱USBD)和HCD之間的接口允許一個或超過一個的底層主控制器。而且，WindRiver的USBD能夠同時連接多個USB HCD。這樣的設計特點可以使開發(fā)者建立復雜的USB系統(tǒng)。
   

       USBD是在HCD之上的與硬件獨立的模塊。USBD管理每一個與主機相連的USB設備， 向更高層次提供了可與USB設備通信的路徑。它還負責自動處理USB電力管理以及USB帶寬管理。而且，USBD還管理USB hub，Hub功能是一個驅(qū)動能否對USB正確操作的評價之一。因此WindRiver的USBD設計者要使USBD透明地處理hub的功能。這意味著，USBD 還能處理USB hub和設備的動態(tài)插拔。
    USB Client模塊在USB主驅(qū)動棧的頂端。USB類驅(qū)動(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USB類驅(qū)動負責管理連接到USB上的不同類型的設備； 它們依靠USBD來提供與每個設備的通信路徑。USB client模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設備通信的應用程序。

       4、 USBD驅(qū)動詳解
   

       這一部分將要描述USBD(USB Host Driver)的典型應用。例如初始化，client注冊，動態(tài)連接注冊，設備配置，數(shù)據(jù)傳輸，同時還探討了USBD內(nèi)部設計的關鍵特性。這部分是VxWorks下USB驅(qū)動的核心。

       4.1 初始化USBD：分為兩步

       (1)必須至少調(diào)用一次函數(shù)usbdInitialize()。在一個給定的系統(tǒng)中，usbdlnifialize()初始化內(nèi)部USBD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并依次調(diào)用其它USB驅(qū)動棧模塊的入口。usbdinitialize()可以在啟動時調(diào)用一次，也可以對每一個設備各調(diào)用一次。USBD 自己記錄了調(diào)用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次數(shù)。只有大于等于1時才是真正初始化了，而等于0是關閉了。

       (2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函數(shù)來把至少一個HCD連接到USBD上。這一過程既可以在VxWorks啟動時，也可以在運行時把HCD 連接到USBD 上去。后一種機制可以支持“熱插拔”，而不用象前一種那樣需要重新啟動。

       4.2 HCD的連接(attaching)與斷開(detaching)
   

       當HCD連接到USBD 時，調(diào)用者為usbdHedattaeh函數(shù)傳遞HCD執(zhí)行入口(表HCD_EXEC_FUNC)和HCD連接參數(shù)(HCD attach parameter)。USBD用HCD FNC ATYACH 服務請求依次激活HCD的執(zhí)行入口，傳遞同樣的HCD attach參數(shù)。
   

       需要強調(diào)雖然可以改變用HCD定義的參數(shù)，但是最好不應該有所改變。對于WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach參數(shù)是一個指向結(jié)構(gòu)PCI_CFG_HEADER (定義在pciConstants.h) 的指針。

       該結(jié)構(gòu)用UHCI和OHCI主控制器的PCI配置頭來初始化，而HCD用這個結(jié)構(gòu)中的信息來定位，管理特定的主控制器。典型的，調(diào)用者用usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()來得到想要的主控制器的PCI配置頭- 這兩個函數(shù)定義在usbPciLib 中(stubUsbarchPciLib.h中)。如果有UHCI或OHCI要連接到USBD，就要調(diào)用這些函數(shù)來獲得每一個主控制器的PCI_CFG_HEADER。然后利用usbdHedAttaeh來激活已鑒別出的每一個主控制器。
   

       注意：底層BSP可能不支持USB的HCD斷開，因為當中斷向量表重新使能時，如果還應用的是過期的向量表，會導致錯誤。

       4.3 啟動順序
   

       必須在所有USBD函數(shù)前執(zhí)行函數(shù)usbdInitialize()。存在以下兩種調(diào)用方式：
(1)傳統(tǒng)的“啟動”初始化。執(zhí)行順序與其意義如下：
a．usbdInitialize()；
b．usbdPciClassFind()：定位一個USB主控制器；
c．usbdPeiConfigHeaderGet()：讀USB主控制器配置頭；
d．usbdHedAttaeh()：連接HCD，將其作為特定的主控制器：
e．調(diào)用USB class driver初始化入口點；
f．USB class driver調(diào)用usbdlnitialize()。