USB主机控制器(Host Controller)--深入理解

1. 主机控制器(Host Controller)

      • UHCI: Universal Host Controller Interface (通用主机控制接口, USB1.0/1.1)
      • OHCI: Open Host Controller Interface (开放主机控制接口,USB1.0/1.1)
      • EHCI: Enhanced Host Controller Interface (用于USB2.0高速设备的“增强主机控制接口”)    

     USB的拓扑结构决定了主机控制器就是最高统帅，没有主机控制器的要求设备永远不能主动发数据。所以主机控制器在USB的世界里扮演着重要的角色，它是幕后操纵者。

     比如说Host发送Setup包获取设备描述符是怎么发出去的?

    这个过程包含很多信息，比如：如何在D+和D-这两根线上传过去的、又传过来的。  这一切的工作都是主机控制器给我们做的。USB Host控制器的规范有很多种这里只介绍混得不错的EHCI和OHCI。这个EHCI主要针对高速的USB设备。如果要操作全速和低速可以考虑OHCI。

 

      • 什么是USB controller?

   USB 设备和主机的接口就是host controller，一个主机可以支持多个host controller比如分别属于不同厂商的。那么USB host controller 本身是做什么的? controller(控制器)：用于控制。控制什么?控制所有的USB设备的通信。

      CPU把要做的事情分配给主机控制器，然后自己想干什么就干什么去，主机控制器替他去完成剩下的事情，事情办完了再通知CPU。否则让CPU去盯着每一个设备做每一件事情，那是不现实的。

      控制器的主要工作是什么? 把数扔出去，把数拿回来。绝对不应该偷偷加工数据。

      主机控制器控制总线上包的传输， 使用1ms或125us的帧。在每帧的开始时，主机控制器产生一个帧开始包(SOF: Start of Frame)。
      SOF包用于同步帧的开始和跟踪帧的数目。包在帧中被传输，或由Host到Device(out事务)，或由Device到Host(in事务)。传输总是由Host发起(轮询传输)。回此每条USB总线只能有一个Host。每个包的传输都有一个状态阶段同(同步传输除外)，数据接收者可以在其中返回ACK(应答接收)，NAK(重试)，STALL(错误条件)或什么也没有(混乱数据阶段，设备不可用或已经断开)。

 

      • 主机控制器Driver的工作是什么?

   让主机控制器工作起来，发挥它的潜力。 让控制器发数据、收数据 。主机控制器主要包含以下几步：

    1) 按照主机控制器的要求组织结构体  

       2) 将结构体在合适的时间、放在合适的地方 

       3)  trigger 

       4)  等待完成信号

       主机控制器Driver开发过程就是上面这几步。

2. 关键数据结构

     关键数据结构关系如下图所示：

 

 3. 系统架构 

     EHCI负责处理高速设备，OHCI负责处理全速/低速设备。上面这张图描述了USB控制器在route USB设备时的操作。
     一个port 多个主人,OHCI的角色是companion，伴侣。地位低点。EHCI处理不了再给它处理。 

 

       关于端口逻辑这块需要特别注意，Driver设计者要注意：当前端口正在属于谁。当端口被OHCI所拥有时，你插入个高速设备怎么办？没办法！在没有插入设备时，就不应该让OHCI拥有这个端口。只有EHCI控制器才能识别出设备是全速、高速还是低速。

4. usb_submit_urb

 usb_submit_urb处理流程如下图所示：