基于S3C4510B的USB主控器驱动设计资料下载

1 引言在现代社会,嵌入式系统逐渐深入到人们生活的方方面面,各类嵌入式系统产品之间往往通过某种接口进行交互或数据传递。而现在,USB已经成为嵌入式数据交换的最主要的方式,可是各种USB接口的设备都是基于PC机系统的,所以,基于嵌入式系统的USB接口的研究具有实用的价值和意义,特别是起Master作用的HOST端接口的研究。解决这一问题的根本办法就是在需要使用USB设备的嵌入式系统中扩展USB Host功能模块,使之具有与USB设备进行数据传输的能力。USB协议按功能分为2部分,USB HOST（USB主协议）和USB SLAVE（USB从协议）分别应用于USB HOST CONTROLLER（USB主控制器）和USB DEVICE（USB设备）。一般,USB HOST要比USB SLAVE复杂,对于广大的非PC用户来说,尤其是嵌入式系统用户来说,由于USB协议的不对称性,使得实现USB HOST比USB SLAVE要困难地多,Philips公司的ISP1161A1芯片很好地解决了这种问题,他封装了复杂的USB协议,使得在嵌入式系统中实现USB HOST和USB SLAVE变得简单方便。2 USB HOST技术简介USB的通信可以用图1表示,图1中,左半部分为USB主机端,可以看出,USB主机端由2部分构成,即软件体和硬件体,实际上是3个软件组件组成了USB HOST解决方案,即USB客户驱动程序,USB驱动程序和USB主机控制器驱动程序,应用程序的事务处理是由USB客户驱动程序（设备驱动程序）启动的,客户驱动程序把USB设备当做一个可以被访问的端点集合,他可以被控制并与他的功能单元进行通信,USB系统软件包括USB驱动程序和USB主控制器驱动程序,USB驱动程序负责配置管理、用户管理、总线管理和数据传输,USB主控制器驱动程序负责调度管理,队列管理和控制器管理,以及数据的位编码、封包、循环校验、发送、错误处理等。如图2所示,USB HOST的软件结构分为3大部分,即USB总线驱动（USBD）,USB HOST控制器驱动（HCD）、客户软件、其中客户软件处理和设备有关的信息,USBD处理和硬件无关的协议,而HCD则处理与硬件相关的协议,USBD和HCD都包含了一系列管理各种状态的寄存器。3 SP1161体系结构要实现USB协议,必须要通过一系列寄存器来完成,这些寄存器要能实现USB软件结构中的USBD和HCD,即要完成USB协议状态的控制,还要有一定的缓冲区来存放进出的数据,ISP1161专门针对USB协议设计的特殊硬件结构可方便地实现USB HOST和USB SLAVE。ISP1161的硬件结构主要是3类不同的寄存器,用户通过操作这3种寄存器来达到实现USB传输的目的,这3类寄存器是：（1）HC control and status registers：USB主控制器控制和状态寄存器,主要用于传输过程中控制命令的存放和状态的读取,可读可写的寄存器有2个地址,只读或只写的寄存器只有1个地址。（2）Isochronous Transfer List （ITL）：同步传输列表缓冲区。（3）Acknowledged Transfer List（ATL）：接收传输列表缓冲区。根据USB协议,数据传输分为4种模式,Control（控制）,Bulk（整批）,Interrupt（中断）和Isochronous（同步）。其中ITL是为了实现同步传输,ATL则实现其他3种模式的传输。4 ISP1161x主控制器编程实现设计ISP1161x主控制驱动程序主要涉及以下2个重要内容,下面详细介绍：4.1 读/写ATL和ITL缓冲区ATL和ITL缓冲区的位于ISP1161x内部的FIFO缓冲RAM之中,每个缓冲区包含许多PTD（Philips Transfer Descriptor）,而PTD用于主控制器硬件发送或接收USB包从USB设备,作为调度USB传输的一部分,HCD在系统内存中购建PTD。然后HCD将购建好的PTD移入ATL或者ITL缓冲区,主控制器硬件允许软件去访问每一个缓冲区,就像他们是分离的硬件缓冲区,HCD访问ATL缓冲区通过硬件寄存器HcTransferCounter（22H/A2H）和HcATLBufferPort（41H/C1H）,而ITL缓冲区则由HcTransferCounter和HcITLBufferPort（40H/C0H）访问。下面一段示例代码取自于本项目,其功能是向ATL缓冲区写数据,hci→hp→atl_len表示,ATL则在内存中还没有发送的数据的长度,hci→hp→tl表示缓冲区的地址。4.2硬件初始化过程当ISP1161x上电时,主控驱动程序（HCD）必须经过下列的顺序对硬件进行初始化,以便主控制器进入可操作状态。检测主控制器,软件复位主控制器,配置HcHardwareConfiguration寄存器,配置中断;配置HcControl寄存器,配置HcFmInterval寄存器,配置根集线寄存器,设置ITL和ATL缓冲区长度,安装INT1中断服务程序。4.2.1 检测主控制器检测的工作由HCD完成的,HCD通过向寄存器HcScratch写一个值,接着从该寄存器读出,与刚才写入的值进行比较。如果写入的和读出的值相等,HCD得出结论：主控制器存在,对HcCHipID寄存器的读也被用来作为额外的条件来检测该寄存器。4.2.2 主控制器的软件复位软件复位主控制器通常包括2个步骤：复位主控制器;设置主控制器为RESET状态。HCD通过设置在HcCommandStatus寄存器的HCR位来复位主控制器：一旦主控制器复位了,HCD必须通过设置HcControl寄存器的HCFS字段为00B,以便使主控制器为RESET状态。4.2.3 配置HcHardwareConfiguration寄存器WRITE_REG16（hci,InterruptPinEnable|InterruptPin Trigger InterruptOutputPolarity |DataBusWidth16|AnalogOCEnable,HcHardwareConfiguration）;上述这段代码表示将主控制器初始化为INT1允许,中断是边沿触发,中断的输出极性为高电平,数据线的宽度为16b,使用片上过流检测,模拟输入。4.2.4 配置中断主控制器ISP1161x有2组中断源,第一组包含USB事件产生的中断,比如Start of Frame,调度溢出和根集线器状态改变,这些中断的发生由HcInterruptEnable和HcInterruptDisable寄存器联合控制,而每个中断的状态由HcInterruptStatus寄存器标识。第二组是主控制器中状态变化所引起的中断,比如,主控制器延迟所产生的中断,同样,在第一组中断中的任何组合是第二组中断的中断源。4.2.5 配置HcFmInterval寄存器HcFmInterval寄存器的14位值[FrameInteral,FI]用于表示一帧之内所占用的比特时间（在2个连续的SOFs,15位的值[FSLargestDataPacket,PSMPS）用于表示在没有引发调度溢出下可发送或接收全速最大包大小,FI,PSMPS的推荐值为0x2EDF和0x2778,所以将调用下列语句对该寄存器进行初始化：WRITE_REG32（hci,0x2EDF|（0x2778<<16）,HcFmInterval）;4.2.6 配置Root Hub（根集线器）寄存器随着初始化的深入,下面的专门针对根集线器3个寄存器也必须初始化：HcRhDescriptorA,HcRhDescriptorB和HcRhStatus,前2个寄存器是根据电路板的制作自动由ISP1161x配置的,这2个寄存器均用来描述根集线器的特性。HcRhStatus被划分为2个部分,低字部分表示集线器状态,而高字部分表示集线器状态的改变,还有保留部分必须被初始化为逻辑0。4.2.7 设置ITL和ATL缓冲区的长度主控制器ISP1161x内部的FIFO缓冲区有4kb/s,而这4k将被ATL和ITL划分为2部分,分由HcATLBufferLength和HcITLBufferLength寄存器表示,ITL缓冲区又进一步被分为2个相同的ITO0和ITD01缓冲区,ATL缓冲区必须存在,因为ATL缓冲区用于控制,中断和大批量传输,而ITL的存在与否是可选的。4.2.8 设置INT1中断的服务程序如果在主控制器中发生一个或多个中断,ISP1161x的INT1引脚将会通知微处理器,在本项目中,INT1的引脚直接接在ARM的INT0引脚上,驱动程序通过Linux提供的函数request_irq向操作系统申请中断号,并在此函数中向操作系统提供中断处理函数。request_irq（irq,hc_interrupt,0,"ISP116x",hci）irq为中断号;hc_interrupt为中断处理函数,0为中断标记,"ISP116x"表示中断设备名称;hci在此表示中断设备号。5 在μClinux中编译USB主控驱动接下来就如何将驱动文件编译到嵌入式操作系统做一个简要说明。（1）将上述文件拷贝到drivers/USB/（2）编辑Drivers/USB/Makefile文件,添加以下内容：obj-$（CONFIG_USB_ISP1161）+=hc_isp1161.o（3）编辑driver/USB/config.in文件,添加如下内容：Dep_tristat iisp1161（Philips）support iCONFIG_USB_ISP1161 $ CONFIG_USB（4）编译μClinux内编译成功后把生成的映象文件用JTAG烧写器烧写到开发板的ROM中,启动后进行验证实现了对ISP1161A1的控制。6 结语ISP1161A1使得在嵌入式系统中实现USB HOST变得十分简单方便,便于嵌入式系统中USB的普及。(mbbeetchina)