一種usb接口的驅動方法
2023-12-09 07:25:01
專利名稱：一種usb接口的驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種USB接口的驅動方法，尤其涉及一種基於ARM 7312處理器的USB接口的驅動方法。
背景技術：
USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是電腦系統與其周邊裝置連接或通信的標準接口，現在在使用Windows作業系統的電腦系統中使用較廣泛的版本是USB1.1，但是在Linux作業系統中，尤其是使用ARM7312處理器的電話機中目前還沒有可以實現USB1.1傳輸的，而隨著Linux作業系統使用的日漸廣泛，不能實現USB1.1傳輸的基於Linux作業系統的產品存在使用不便的缺點。
發明內容為了克服現有的使用ARM 7312的電話機不能實現USB1.1傳輸的缺點，本發明提供一種基於ARM 7312處理器的USB接口及其驅動方法，其能使使用ARM 7312處理器的電話機實現USB1.1傳輸。
為實現本發明的目的，本發明所採用的技術方案是提供一種USB接口的驅動方法，其包括以下步驟初始化USB總線，包括初始化根集線器，其中初始化根集線器包括配置根集線器、提交USB請求塊到中斷服務子程序隊列當中以及創建USB接入設備內核守護進程；每個通用主控制器接口的時間片結束會產生中斷信號，每次產生中斷會掃描掛在驅動骨架程序上的每個裝有數據的傳送盒，輪流執行中斷服務子程序隊列中的應用程式，並且通知USB總線上連接的設備；
執行根集線器中斷，周期性喚醒USB接入設備內核守護進程，並掃描根集線器的各個埠；周期性檢查根集線器的埠是否有設備接入；若有USB設備接入，則對USB設備的配置或者設備的描述進行讀取；為新加入的USB設備綁定驅動程序，並且開始初始化USB設備。
本發明的有益效果是使在ARM 7312嵌入式處理器上實現USB1.1傳輸，因此可使使用ARM 7312嵌入式處理器的電話機理想地連接多種外設。。
圖1是本發明基於ARM 7312處理器的USB接口的電路原理圖。
圖2是圖1所示的USB接口的驅動方法的流程圖。
圖3是初始化USB設備的流程圖。
圖4是USB傳輸的中斷處理流程圖。
具體實施方式請參閱圖1，本發明的基於ARM 7312處理器的USB接口是用於基於Linux作業系統且是使用ARM 7312處理器的電話機。在ARM 7312處理器上實現USB1.1傳輸是採用CYPRESS公司生產的SL811HST(USB-HOST)接口晶片，SL811HST是SL811的主控制晶片，它的主要工作就是支持SL811的USB HOST協議，這個晶片實現了等時傳輸、塊傳輸和中斷傳輸等方式，在SL811HST晶片中有一個USB傳輸的緩衝區隊列和掃描執行隊列，驅動程序只需要把數據掛在緩衝區的隊列上，並且設定具體的傳輸方式，就可以執行主機和USB設備之間的數據交互。
SL811HST晶片的D
是數據總線，這些數據總線直接連接到ARM 7312嵌入式處理器的第0-7位；A0為數據/控制器總線，直接連接到ARM 7312的A0地址線上；nCS3、nMWE和nMOE分別連接到ARM 7312的片選3、讀和寫信號線上；在nCS3上要加一個15K的上拉電阻R21，由於SL811和ARM 7312的口輸出/輸入能力不能匹配，所以需要使用一個上拉，這樣就不會出現半高電平的可能性；EINT1是SL811HST晶片的中斷信號線，這裡由於是低中斷有效，所以要通過一個74HC04反向門把信號電平反向；nRST是SL811HST晶片的復位信號線，由於在規格書中規定該信號線需要接到一個GPIO口上，但是事實上GPIO口不能穩定實現一個延遲200ms的脈衝，所以和ARM 7312使用同一個復位腳比較好，可以正確讓它復位；SL811HST晶片的D-埠和D+埠分別與一濾波電路連接，與D-埠連接的濾波電路由電感L10和電阻R23串聯而成，電感L10的一端與SL811HST晶片的D-埠連接，另一端與從設備USB-A的D-埠連接，與D+埠連接的濾波電路由電感L11和電阻R22串聯而成，電感L11的一端與SL811HST晶片的D+埠連接，另一端與從設備USB-A的D+埠連接，L11和L10兩個電感(取值在10-100uH以內)和R22和R23兩個電阻(取值在15K-18K以內)必須要加上，如果沒有，則在USB等時傳輸時會造成大量的錯誤，而且整個USB系統的EMC能力也會降低；SL811HST晶片的X1和X2埠均與晶振電路連接，該晶振電路中的晶振Y1沒有選用規格書中的48MHz，而選用了12MHz，原因是如果使用48MHz三次和四次的雜波非常高，造成在USB等時傳輸的時候出現嚴重的誤碼，該晶振電路中的電容C22和C23必須在15-50pF之間，同樣也是因為等時傳輸的原因，如果不在該範圍內等時傳輸出錯率在10倍以上；RYC8220-2M晶片是一個USB的電源晶片，負責給USB的從設備，例如USB-A，提供電源。
Cypress公司的SL811HST晶片在Linux內核的源碼目錄中提供了一個最基礎的USB驅動程序，即USB驅動骨架程序(usb-skeleton)，通過該USB驅動骨架程序我們僅需要修改極少的部分，就可以完成一個USB設備的驅動。該USB驅動骨架程序是以PCI(Peripheral Component Interconnection，周邊元件擴展接口)骨架為模板的。
Linux USB驅動程序需要做的第一件事情就是在Linux USB子系統裡註冊，並提供一些相關信息，例如這個驅動程序支持哪種設備，當被支持的設備從系統插入或拔出時，會有哪些動作，所有這些信息都傳送到USB子系統中。
USB驅動骨架程序的關鍵幾點如下1.USB驅動的註冊和註銷USB驅動程序在註冊時會做usb_register的函數處理；當要從系統卸載驅動程序時，需要註銷USB子系統，即需要usb_unregister函數處理；當USB設備插入時，為了使Linux的熱插拔(Linux中PCI、USB等設備熱插拔支持)系統自動裝載驅動程序，則需要創建一個MODULE_DEVICE_TABLE(模塊設備表)。
USB_DEVICE宏(USB設備宏)利用廠商ID和產品ID為我們提供了一個設備的唯一標識，SL811HST採用了Cypress專有的ID號或者設備標識。當系統插入一個ID匹配的USB設備到USB總線時，驅動會在USB內核中註冊。驅動程序中probe(探針)函數也就會被調用。usb_device(USB設備)結構指針、接口號和接口ID都會被傳遞到函數中。
驅動程序需要確認插入的設備是否可以被接受，如果不接受，或者在初始化的過程中發生任何錯誤，probe函數返回一個NULL(空)值，否則返回一個含有設備驅動程序狀態的指針，通過這個指針，就可以訪問所有結構中的回調函數。
在骨架驅動程序裡，最後一點是要註冊devfs(設備文件系統)。我們創建一個緩衝用來保存那些被發送給USB設備的數據和那些從USB設備上接收的數據，同時USB urb(USB request blocks，USB請求塊)被初始化，並且我們在devfs子系統中註冊設備，允許devfs用戶訪問我們的設備。
如果devfs註冊函數失敗，devfs子系統會將此情況報告給用戶。
當然最後，如果設備從usb總線拔掉，設備指針會調用disconnect(斷開)函數。驅動程序就需要清除那些被分配了的所有私有數據、關閉urbs，並且從devfs上註銷自己。
此時，USB驅動骨架程序就已經和USB設備綁定上了，任何用戶態程序要操作此設備都可以通過file_operations(文件操作)結構所定義的函數進行了。
首先，我們要打開此USB設備。當USB設備打開後，讀、寫函數就可以收、發數據了。
2.USB驅動骨架程序的讀、寫函數該讀、寫函數是完成驅動對讀寫等操作的響應。
3.skel_disconnect(USB驅動骨架程序的斷開)函數當我們釋放設備文件句柄時，這個函數會被調用。首先確認當前是否有其它的程序正在訪問這個設備，如果是最後一個用戶在使用，我們可以關閉任何正在發生的寫。
如果程序有一個打開的設備句柄，在當前結構裡，我們只要把它賦值為空，就像它已經消失了。對於每一次設備讀寫等其它函數操作，我們都要檢查usb_device結構是否存在。如果不存在，就表明設備已經消失，並返回一個錯誤給用戶程序。當最終我們調用release(釋放)函數時，在沒有文件打開這個設備時，無論usb_device結構是否存在、它都會清空skel_disconnect函數所作工作。
請參閱圖2，上述基於ARM 7312處理器的USB接口的驅動方法包括以下步驟初始化USB總線，包括初始化根集線器，初始化根集線器包括配置根集線器、提交URB到中斷服務子程序隊列當中以及創建khubd守護進程(USB接入設備內核守護進程)，創建khubd守護進程的目的在於周期性掃描整個USB埠，在這裡調用了USB驅動的註冊和註銷；每個UHCI(Universal Host Controller Interface，通用主控制器接口)的時間片結束會產生中斷信號，每次產生中斷會掃描掛在驅動骨架程序上的每個裝有數據的傳送盒，輪流執行中斷服務子程序隊列中的應用程式(包括控制請求提交、中斷請求提交、或者是塊傳輸請求提交的程序)，並且通知USB總線上連接的設備，也即調用USB驅動骨架程序的讀、寫函數；執行根集線器中斷，周期性喚醒khubd守護進程，並掃描根集線器的各個埠；周期性檢查根集線器的埠是否有設備接入；若有USB設備接入，則對USB設備的配置或者設備的描述進行讀取；為新加入的USB設備綁定驅動程序，並且開始初始化USB設備。
請參閱圖3，其中初始化USB設備包括以下步驟201.分配I/O空間和UCHI可以訪問的I/O地址；
202.設定各個傳輸隊列；203.創建USB總線；204.創建USB根集線器；205.啟動根集線器；206.周期性執行根集線器中斷服務子程序。
請參閱圖4，本發明基於ARM 7312處理器的USB接口的驅動方法還包括USB傳輸的中斷處理步驟，其包括301.喚醒根集線器的控制器；302.刪除等待隊列中沒有提交的請求；303.對等待隊列中的請求重新排隊；304.檢驗等時，成塊，中斷三個隊列中的請求結構；305.掃描整個請求器的隊列是否正確；306.判斷整個請求器內的請求是否在處理，若是，則直接執行步驟310，若不是，則執行步驟307；307.檢查每一個UHCI的傳輸單元是否找到有空閒的單元；308.判斷本階段是否為收到短的信息包，若是，則執行步驟309，若不是，則執行步驟310；309.重新通過發送控制消息，並且摘除原先的請求隊列；310.判斷本階段是否為請求處理中，若是，則同時執行313，若不是，則執行311；311.把完成的URB從相關的隊列中摘除；312.把完成的URB加入完成隊列中；
313.掃描當前的完成列表，檢查當中完成傳輸的URB；314.喚醒當前進程，準備讀取數據或者返回的狀態；315.調用DMA(Direct Memory Access，直接存儲器存取)同步，讓設備緩衝區和內存緩衝區數據相一致。
權利要求
1.一種USB接口的驅動方法，其特徵在於包括以下步驟初始化USB總線，包括初始化根集線器，其中初始化根集線器包括配置根集線器、提交USB請求塊到中斷服務子程序隊列當中以及創建USB接入設備內核守護進程；每個通用主控制器接口的時間片結束會產生中斷信號，每次產生中斷會掃描掛在驅動骨架程序上的每個裝有數據的傳送盒，輪流執行中斷服務子程序隊列中的應用程式，並且通知USB總線上連接的設備；執行根集線器中斷，周期性喚醒USB接入設備內核守護進程，並掃描根集線器的各個埠；周期性檢查根集線器的埠是否有設備接入；若有USB設備接入，則對USB設備的配置或者設備的描述進行讀取；為新加入的USB設備綁定驅動程序，並且開始初始化USB設備。
2.根據權利要求1所述的USB接口的驅動方法，其特徵在於該USB接入設備內核守護進程調用了USB驅動的註冊和註銷。
4.根據權利要求1所述的USB接口的驅動方法，其特徵在於該中斷服務子程序隊列中的應用程式包括控制請求提交、中斷請求提交、或者是塊傳輸請求提交的程序。
5.根據權利要求1所述的USB接口的驅動方法，其特徵在於該初始化USB設備包括以下步驟分配I/O空間和通用主控制器接口可以訪問的I/O地址；設定各個傳輸隊列；創建USB總線；創建USB根集線器；啟動根集線器；周期性執行根集線器中斷服務子程序。
6.根據權利要求1所述的USB接口的驅動方法，其特徵在於該USB接口的驅動方法還包括USB傳輸的中斷處理步驟，其包括(301).喚醒根集線器的控制器；(302).刪除等待隊列中沒有提交的請求；(303).對等待隊列中的請求重新排隊；(304).檢驗等時，成塊，中斷三個隊列中的請求結構；(305).掃描整個請求器的隊列是否正確；(306).判斷整個請求器內的請求是否在處理，若是，則直接執行步驟(310)，若不是，則執行步驟(307)；(307).檢查每一個通用主控制器接口的傳輸單元是否找到有空閒的單元；(308).判斷本階段是否為收到短的信息包，若是，則執行步驟(309)，若不是，則執行步驟(310)；(309).重新通過發送控制消息，並且摘除原先的請求隊列；(310).判斷本階段是否為請求處理中，若是，則同時執行(313)，若不是，則執行(311)；(311).把完成的USB請求塊從相關的隊列中摘除；(312).把完成的USB請求塊加入完成隊列中；(313).掃描當前的完成列表，檢查當中完成傳輸的USB請求塊；(314).喚醒當前進程，準備讀取數據或者返回的狀態；(315).調用直接存儲器存取同步，讓設備緩衝區和內存緩衝區數據相一致。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的USB接口的驅動方法，其特徵在於該USB接口採用SL811HST作為接口主控晶片，該SL811HST晶片與ARM7312嵌入式處理器連接。
全文摘要
本發明公開了一種USB接口的驅動方法，其包括以下步驟初始化USB總線，包括初始化根集線器，其中初始化根集線器包括配置根集線器、提交USB請求塊到中斷服務子程序隊列當中以及創建USB接入設備內核守護進程；每個通用主控制器接口的時間片結束會產生中斷信號，每次產生中斷會掃描掛在驅動骨架程序上的每個裝有數據的傳送盒，輪流執行中斷服務子程序隊列中的應用程式，並且通知USB總線上連接的設備；執行根集線器中斷，周期性喚醒USB接入設備內核守護進程，並掃描根集線器的各個埠；周期性檢查根集線器的埠是否有設備接入；若有USB設備接入，則對USB設備的配置或者設備的描述進行讀取；為新加入的USB設備綁定驅動程序，並且開始初始化USB設備。
文檔編號G06F13/10GK1560748SQ20041001540
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月17日 優先權日2004年2月17日
發明者吳太和 申請人:威艾德通訊技術(深圳)有限公司