通用串口總線主機控制器驅動通用適配層實現方法及裝置的製作方法
2023-07-20 22:37:46 2
專利名稱：通用串口總線主機控制器驅動通用適配層實現方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機技術領域，尤其指一種USB(Universal Serial Bus，通用串口總線)HCD(Host Controller Driver，主機控制器驅動)的通用適配層實現方法及裝置。
背景技術：
USB作為一種計算機外圍串行通訊接口標準，具有即插即用、數據傳輸可靠、擴展方便、低成本等優點，目前已成為計算機的必備接口之一。近年，隨著USB技術也逐漸應用到嵌入式領域，諸如路由器、交換機等數通設備也開始通過USB接口實現外接USB設備的應用。
圖1為現有技術中的USB通信模型層次結構圖，如圖所示系統之間的通信由USB驅動軟體維持，包括USB主機端驅動軟體及USB設備驅動軟體。從軟體的功能角度，USB系統屬於一種主從結構，由USB主機策動系統的所有動作，並協調不同設備的工作，而USB設備驅動軟體在系統中只需對主機發出的命令做出解釋及響應，因此USB主機端驅動軟體的功能尤為重要，其實現也比設備驅動更加複雜。參照圖1所示，USB主機端驅動軟體由HCD、USBD(USB driver，USB主機驅動程序)及客戶端驅動程序組成，其中HCD主要完成對USB主機控制器硬體的驅動，直接面向硬體層並與上層軟體結合實現數據及命令的傳輸。目前在通用USB1.1主機控制器規範中，微軟提出的OHCI(Open Host Controller Interface Specification，微軟開放USB1.1主機控制器接口規範)從寄存器級對USB主機控制器進行詳細描述，為主機控制器的軟體和硬體提供了統一的開放式接口標準，且軟體驅動較為簡單，從而在嵌入式領域得到廣泛的應用。除OHCI及Intel(英特爾)公司提出的UHCI(Universal Host Controller Interface Specification，Intel通用USB1.1主機控制器接口規範)之外，嵌入式領域也存在大量非標準的USB主機控制器，由於不同廠家開發的USB主機控制器硬體完成的功能不盡相同，因而HCD的實現也需要對應進行調整。
現有技術中對於採用非標準USB主機控制器的嵌入式USB應用，通常是基於對應USB協議棧的預留接口及具體非標準USB主機控制器的功能進行完整HCD的單獨開發，其存在設計複雜、開發工作量大及可重用性差等缺陷；或者是基於對應USB協議棧的標準HCD，如OHCD(Open Host ControllerDriver，開放主機控制器驅動)或UHCD(Universal Host Controller Driver，通用主機控制器驅動)，進行軟體適配層的開發，從而在該適配層下僅實現對非標準USB主機控制器的基本控制操作，至於與USB規範相關的實現及與USB協議棧的接口則由對應的標準HCD完成，其與前述方案相比可簡化設計、降低工作量，但開發的軟體適配層不能實現在不同類型的非標準USB主機控制器中的通用，存在耦合性強及重用性差的缺陷。
發明內容
本發明的目的是提供一種USB HCD通用適配層實現方法及裝置，以解決現有技術中非標準USB主機控制器的驅動設計及開發困難或重用性差的缺陷。
為達到上述目的，本發明提出一種USB主機裝置，包括標準HCD單元、簡化HCD單元及HC單元，還包括通用適配層單元，所述簡化HCD單元，為所述HC單元提供驅動；所述通用適配層單元，與所述標準HCD單元連接，並為所述簡化HCD單元提供虛擬標準接口以實現所述HC單元與所述標準HCD單元的交互。
所述通用適配層單元進一步包括虛擬硬體寄存器、虛擬寄存器訪問接口、數據結構訪問接口及虛擬中斷子單元，所述虛擬硬體寄存器，與所述簡化HCD單元連接並根據所述標準HCD單元對標準定義的硬體寄存器進行模擬；所述虛擬寄存器訪問接口，與所述虛擬硬體寄存器連接並為所述簡化HCD單元提供對所述虛擬硬體寄存器進行讀寫的訪問接口；所述數據結構訪問接口，用於實現所述簡化HCD單元根據所述標準HCD單元對標準定義的數據結構進行訪問；所述虛擬中斷子單元，與所述標準HCD單元連接，用於根據所述標準HCD單元對標準定義的硬體中斷進行模擬。
所述通用適配層單元還包括虛擬根集線器接口，根據所述標準HCD單元對標準定義的根集線器進行模擬，並由所述簡化HCD單元根據所述HC單元的根集線器功能進行選擇調用。
所述通用適配層單元還包括傳輸通知接口，與所述簡化HCD單元連接，用於向所述簡化HCD單元通知數據傳輸的啟動或停止。
所述通用適配層單元還包括初始化接口，與所述簡化HCD單元連接，用於對所述虛擬硬體寄存器、簡化HCD單元及HC單元進行初始化。
本發明還提出一種USB HCD通用適配層實現方法，包括根據標準HCD設置通用適配層，為簡化HCD提供虛擬的標準接口；HC利用所述簡化HCD的驅動，通過所述通用適配層與所述標準HCD進行交互。
所述根據標準HCD設置通用適配層進一步包括根據所述標準HCD對標準定義的硬體寄存器進行模擬，設置虛擬硬體寄存器；為所述簡化HCD設置對所述虛擬硬體寄存器進行讀寫的虛擬寄存器訪問接口；設置數據結構訪問接口以實現所述簡化HCD根據所述標準HCD對標準定義的數據結構進行訪問；根據所述標準HCD對標準定義的硬體中斷進行模擬，設置虛擬中斷。
所述根據標準HCD設置通用適配層還包括設置虛擬根集線器接口，根據所述標準HCD對標準定義的根集線器進行模擬，並由所述簡化HCD根據所述HC的根集線器功能進行選擇調用。
所述根據標準HCD設置通用適配層還包括設置數據傳輸通知接口，用於所述標準HCD向所述簡化HCD通知數據傳輸的啟動或停止。
所述根據標準HCD設置通用適配層還包括設置初始化接口，用於在所述標準HCD進行初始化前對所述虛擬硬體寄存器、簡化HCD及HC進行初始化。
所述標準HCD為OHCD或UHCD。
與現有技術相比，本發明的裝置及方法實施例，通過對標準HCD定義的寄存器、接口及中斷等進行模擬實現通用適配層，結合簡化HCD可實現非標準HC的完整驅動，簡化了非標準HC的驅動設計及開發的工作量，並具有可重用性好的特點，適合於同時支持多種非標準HC的驅動，從而有效節省開發及維護成本。
圖1為現有技術中的USB通信模型層次結構圖；圖2為本發明USB主機裝置的實施例一示意圖；圖3為本發明USB主機裝置的實施例二示意圖；圖4為本發明USB HCD通用適配層實現方法的實施例流程圖。
具體實施例方式
下面以具體實施例結合附圖對本發明進一步加以闡述。
本發明公開一種可實現USB HCD通用適配層的USB主機裝置，其實施例一如圖2所示，包括標準HCD單元210、簡化HCD單元220及HC單元230，還包括通用適配層單元240。其中，簡化HCD單元220用於根據非標準HC單元230的具體功能為其提供簡易驅動；而通用適配層單元240，則設於標準HCD單元210與簡化HCD單元220之間，並為簡化HCD單元220提供虛擬標準接口以實現HC單元230與標準HCD單元210的交互。
上述實施例中，通用適配層單元240進一步包括虛擬硬體寄存器241、虛擬寄存器訪問接口242、數據結構訪問接口243及虛擬中斷子單元244。其中，虛擬硬體寄存器241，根據標準HCD單元210對標準定義的硬體寄存器進行軟體模擬；虛擬寄存器訪問接口242，與虛擬硬體寄存器241連接，並為簡化HCD單元220提供對虛擬硬體寄存器241進行讀寫的訪問接口；數據結構訪問接口243則提供給簡化HCD單元220以實現其對標準HCD單元210所維護的標準數據結構進行訪問；虛擬中斷子單元244，與標準HCD單元210連接，並用於根據標準HCD單元210對標準定義的硬體中斷進行模擬。
上述本發明USB主機裝置的實施例，通過在標準HCD與為非標準HC提供簡易驅動的簡化HCD之間設置軟體通用適配層，對標準定義的硬體寄存器、數據結構及訪問接口、硬體中斷進行模擬實現，可結合簡化HCD實現HC與標準HCD之間的交互，從而實現非標準HC的完整驅動，可簡化非標準HC驅動設計與開發的工作量。
圖3為本發明USB主機裝置的實施例二示意圖，其在實施例一的基礎上增加了對根集線器功能及初始化等接口的支持，如圖所示，本實施例中USB主機裝置仍包括標準HCD單元210、簡化HCD單元220及HC單元230，還包括通用適配層單元240。通用適配層單元240則進一步包括虛擬硬體寄存器241、虛擬寄存器訪問接口242、數據結構訪問接口243及虛擬中斷子單元244。上述單元及下屬子單元的功能及連接與實施例一所述相同，此處不加以贅述。
本實施例中，通用適配層單元240還包括虛擬根集線器接口245、傳輸通知接口246及初始化接口247。其中，虛擬根集線器接口245，根據標準HCD單元210對標準定義的根集線器進行模擬，並由簡化HCD單元220根據HC單元230具體的根集線器功能進行選擇調用；傳輸通知接口246則與簡化HCD單元220連接，用於向其通知數據傳輸的啟動或停止；初始化接口247與簡化HCD單元220連接，用於對虛擬硬體寄存器241、簡化HCD單元220及HC單元230進行初始化。
上述實施例中，在標準HCD及非標準HCD之間設置的通用適配層模擬實現了標準定義的硬體寄存器、數據結構及訪問接口、硬體中斷、根集線器功能、初始化接口及數據傳輸通知接口，從而完善了標準HCD通過適配層及非標準HCD與非標準HC之間的交互，實現了非標準HC的完整驅動。上述通用適配層在USB主機裝置中的實現可簡化非標準HC驅動設計與開發的工作量，與USB協議棧的配合由標準HCD完成，與標準HCD間交互的實現則由通用適配層完成，從而針對不同HC提供的簡化HCD的設計與開發則僅需考慮非標準HC具體的功能實現；同時本發明實施例提供的通用適配層其可重用性好，適合於同時支持多中非標準HC的實現，從而有效節省開發及維護成本。
本發明還公開一種USB HCD通用適配層實現方法，其一實施例如圖4所示，包括以下步驟S401、根據標準HCD對標準定義的硬體寄存器進行模擬，設置虛擬硬體寄存器。
由於非標準HC定義的硬體寄存器可能與標準HCD定義的硬體寄存器全部或有部分不同，因此作為通用適配層必須實現全部標準HCD定義硬體寄存器的軟體模擬。通用適配層結合其下層的簡化HCD，通過設置的虛擬硬體寄存器，可按照現有規範與標準HCD進行交互。利用通用適配層結合簡化HCD的驅動，標準HCD則按照標準USB HC對非標準HC進行處理，從而不需要做任何修改。
另外，需要說明的是，目前市面上通用的標準HCD包括OHCD及UHCD，針對嵌入式USB應用的特點，本發明方法實施例的後續描述中，採用OHCD對通用適配層的實現進行描述，至於基於UHCD的通用適配層的設計也可根據本實施例提供的步驟進行，但實現細節較OHCD通用適配層較為複雜，其應涵蓋與本發明的保護範圍內，此處不加以贅述。
S402、為簡化HCD設置對虛擬硬體寄存器進行讀寫的虛擬寄存器訪問接口。
OHCI規範按照小端模式定義OHCI硬體寄存器的bit位，而非標準HC的硬體寄存器則可能是按照大端或小端模式進行讀寫，因此通用適配層需要封裝一套虛擬OHCI硬體寄存器的讀寫接口，並提供給非標準HC的簡化HCD，以屏蔽大端模式和小端模式的區別，從而保證簡化HCD可以對步驟S401所設置的虛擬硬體寄存器進行正確訪問，同時實現通用適配層針對不同非標準HC的可重用性。
S403、設置數據結構訪問接口以實現簡化HCD對標準HCD所維護的數據結構進行訪問。
OHCI規範按照小端模式定義標準的ED(Endpoint Descriptor，端點描述字)+TD(Transfer Descriptor，傳輸描述字)數據結構中的bit位，為實現OHCD對標準ED+TD的正常訪問，通用適配層需要封裝一套ED+TD數據結構的讀寫接口，並屏蔽大端模式和小端模式的區別，保證通用適配層的可重用性。為非標準HC提供簡易驅動的簡化HCD，結合其上提供標準數據結構訪問接口的通用適配層，可進一步通過虛擬硬體寄存器及標準的ED+TD數據結構，實現非標準HC按照OHCI規範的規定與OHCD進行交互。
S404、設置數據傳輸通知接口，由標準HCD在啟動或停止數據傳輸時通過該數據傳輸通知接口向簡化HCD通知。
OHCI規範定義的USB數據傳輸實現，是通過OHCD和OHCI HC配合完成，OHCD通過設置相應寄存器和ED+TD結構將數據的傳輸向OHCI HC通知，OHCI HC通過輪詢檢測到有數據要傳輸，則搜索ED+TD數據結構，獲知需要傳輸的TD，進一步組成USB數據包進行傳輸。
至於非標準HC數據傳輸的實現，一部分類似於OHCI HC通過輪詢方式獲知數據的傳輸，從而可以通過簡化HCD輪詢訪問虛擬硬體寄存器和OHCD數據結構來實現。但另外一部分則無法實現輪詢，需要簡化HCD直接設置特定寄存器來啟動傳輸。因此，通用適配層需要提供數據傳輸啟動/停止通知接口，並由簡化HCD根據非標準HC的具體功能來選擇是否使用該接口。
S405、設置初始化接口，用於在標準HCD進行初始化前對虛擬硬體寄存器、簡化HCD及HC進行初始化。
OHCD通用適配層需要在OHCD初始化部分中，添加三個給簡化HCD的初始化接口。分別用於在OHCD初始化前，初始化步驟S401中設置的虛擬硬體寄存器，通用適配層下簡化HCD的初始化，以及非標準HC硬體的初始化。
S406、根據標準HCD對標準定義的硬體中斷進行模擬，設置虛擬中斷。
OHCI定義了完整的硬體中斷，OHCI HC通過該些硬體中斷通知OHCDUSB設備的插拔及USB數據傳輸完成等事件。非標準HC各自定義的硬體中斷，可能與OHCI定義的硬體中斷部分或全部不同，因此OHCD通用軟體適配層需要對標準定義的硬體中斷觸發程序進行模擬。由不同的非標準HC在處理各自硬體中斷時，按照OHCI的規範選擇觸發相應的OHCI軟體中斷。
S407、設置虛擬根集線器接口，根據標準HCD對標準定義的根集線器進行模擬，並由簡化HCD根據HC的根集線器功能進行選擇調用。
OHCI規範規定HC集成部分根集線器功能，OHCD則定義了一系列根集線器相關寄存器，便於管理根集線器功能的管理。非標準HC集成的根集線器功能與OHCI規範規定的不盡相同，OHCD通用適配層需要提供完整的OHCI集成根集線器的模擬，由不同的簡化HCD根據具體非標準HC集成的根集線器的功能選擇調用。另外需要說明的是，一些非標準的USB控制器需要外接USB PHY(Physical Layer，物理層)晶片來實現根集線器的功能，而通用適配層則可以將此類非標準HC+USB PHY晶片的組合視為內部集成的根集線器，從而按本步驟進行處理。
S408、HC利用簡化HCD的驅動，通過通用適配層與標準HCD進行交互。
通過步驟S401～S407對標準HCD定義的硬體寄存器、接口及中斷等進行虛擬設置後，即在標準HCD與簡化HCD之間完成通用適配層的實現，進一步結合其下的簡化HCD即可完成非標準HC按照現有規範與標準HCD之間的交互，標準HCD也可以將非標準HC視為標準OHCI USB HC對其進行處理。
上述本發明USB HCD通用適配層實現方法的實施例，通過對標準定義的硬體寄存器、數據結構及訪問接口、硬體中斷及根集線器功能進行模擬，在標準HCD及簡化HCD之間實現通用適配層，可進一步結合簡化HCD實現HC與標準HCD之間的交互，從而實現非標準HC的完整驅動，而簡化非標準HC的驅動設計與開發的工作量；該通用適配層並具有可重用性好的優點，適合於同時支持多種非標準HC的實現，從而有效節省開發及維護成本。
以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但是，本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種USB主機裝置，包括標準HCD單元、簡化HCD單元及HC單元，其特徵在於，還包括通用適配層單元，所述簡化HCD單元，為所述HC單元提供驅動；所述通用適配層單元，與所述標準HCD單元連接，並為所述簡化HCD單元提供虛擬標準接口以實現所述HC單元與所述標準HCD單元的交互。
2.如權利要求1所述USB主機裝置，其特徵在於，所述通用適配層單元進一步包括虛擬硬體寄存器、虛擬寄存器訪問接口、數據結構訪問接口及虛擬中斷子單元，所述虛擬硬體寄存器，與所述簡化HCD單元連接並根據所述標準HCD單元對標準定義的硬體寄存器進行模擬；所述虛擬寄存器訪問接口，與所述虛擬硬體寄存器連接並為所述簡化HCD單元提供對所述虛擬硬體寄存器進行讀寫的訪問接口；所述數據結構訪問接口，用於實現所述簡化HCD單元根據所述標準HCD單元對標準定義的數據結構進行訪問；所述虛擬中斷子單元，與所述標準HCD單元連接，用於根據所述標準HCD單元對標準定義的硬體中斷進行模擬。
3.如權利要求2所述USB主機裝置，其特徵在於，所述通用適配層單元還包括虛擬根集線器接口，根據所述標準HCD單元對標準定義的根集線器進行模擬，並由所述簡化HCD單元根據所述HC單元的根集線器功能進行選擇調用。
4.如權利要求2所述USB主機裝置，其特徵在於，所述通用適配層單元還包括傳輸通知接口，與所述簡化HCD單元連接，用於向所述簡化HCD單元通知數據傳輸的啟動或停止。
5.如權利要求2所述USB主機裝置，其特徵在於，所述通用適配層單元還包括初始化接口，與所述簡化HCD單元連接，用於對所述虛擬硬體寄存器、簡化HCD單元及HC單元進行初始化。
6.一種USB HCD通用適配層實現方法，其特徵在於，包括根據標準HCD設置通用適配層，為簡化HCD提供虛擬的標準接口；HC利用所述簡化HCD的驅動，通過所述通用適配層與所述標準HCD進行交互。
7.如權利要求6所述USB HCD通用適配層實現方法，其特徵在於，所述根據標準HCD設置通用適配層進一步包括根據所述標準HCD對標準定義的硬體寄存器進行模擬，設置虛擬硬體寄存器；為所述簡化HCD設置對所述虛擬硬體寄存器進行讀寫的虛擬寄存器訪問接口；設置數據結構訪問接口以實現所述簡化HCD根據所述標準HCD對標準定義的數據結構進行訪問；根據所述標準HCD對標準定義的硬體中斷進行模擬，設置虛擬中斷。
8.如權利要求7所述USB HCD通用適配層實現方法，其特徵在於，所述根據標準HCD設置通用適配層還包括設置虛擬根集線器接口，根據所述標準HCD對標準定義的根集線器進行模擬，並由所述簡化HCD根據所述HC的根集線器功能進行選擇調用。
9.如權利要求7所述USB HCD通用適配層實現方法，其特徵在於，所述根據標準HCD設置通用適配層還包括設置數據傳輸通知接口，用於所述標準HCD向所述簡化HCD通知數據傳輸的啟動或停止。
10.如權利要求7所述USB HCD通用適配層實現方法，其特徵在於，所述根據標準HCD設置通用適配層還包括設置初始化接口，用於在所述標準HCD進行初始化前對所述虛擬硬體寄存器、簡化HCD及HC進行初始化。
11.如權利要求6至10任一項所述USB HCD通用適配層實現方法，其特徵在於，所述標準HCD為OHCD或UHCD。
全文摘要
本發明提出了一種通用串口總線USB主機裝置，包括標準USB主機控制器驅動HCD單元、簡化HCD單元及主機控制器HC單元，還包括通用適配層單元。其中簡化HCD單元用於為HC單元提供簡易驅動；而通用適配層單元則為該簡化HCD單元提供虛擬標準接口以實現HC單元與標準HCD單元的交互。本發明還提出一種USB HCD通用適配層實現方法。應用本發明USBHCD通用適配層實現方法及裝置，可簡化非標準HC的驅動設計及開發的工作量，同時具有可重用性好的特點，從而有效節省開發和維護成本。
文檔編號G06F13/42GK101038576SQ200710098009
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月24日 優先權日2007年4月24日
發明者趙志宇 申請人:杭州華為三康技術有限公司