基于VxW0rks操作系统的USB 2．0驱动分析

引 言

　　通用串行总线(universal setial bus)是一种计算机外围串行通信接口，具有高速数据传输、热插拔、即插即用(PnP)、成本低等特点。随着USB规范的日趋完善和成熟，测量仪器中也已经开始使用LISB作为其标准的外围接口。VxWorks操作系统以其良好的可靠性和卓越的实时性在仪器仪表领域得到了广泛应用，本文针对Vx-works操作系统下最新的USB 2.O驱动程序进行了分析，为基于VxWorks的仪器仪表使用USB 2.0总线提供了技术参考，并结合作者开发某仪器过程中遇到的问题，给出了使用注意事项。

　　1 USB 2.0驱动程序模型结构

　　USB体系结构是基于主从结构的，USB的驱动程序设计指的是主机端的驱动程序。图1给出了VxWorks操作系统下USB主驱动栈各模块之间的功能关系。

　　在栈最底层的是硬件：USB主控制器(USB host con-troller)，USB主控制器在嵌入式主机系统中控制USB，实现USB主机功能。目前，USB控制器主要有3类：

　　(1)(UHCI，universal host controlle interface)通用的主控制器，由Intel最先设计并制定相应规范;

　　(2)(OHCI，open host controller interface)开放的主控制器，由Microsoft，C2ompaq和National Semicondtlctor最先设计并制定相应规范;

　　(3)(EHCI，enhanced host controller interface)增强的主控制器，该控制器支持USB2.O。

　　每一主控制器在其上都有相对应的主控制器驱动程序(HCD)，这些设备驱动程序与底层的硬件相关，为上层提供统一的功能接口。

　　USB主机驱动(USBD)与底层硬件无关，通过HCD与底层控制器通信。USBD管理连接到主机上的每一个USB连接，并提供高层与USB设备通信的通道。除此之外，USB[)还自动对USB设备进行电源管理和分配带宽。在USB系统中，集线器(HUB)对USB系统的正常操作起到关键性作用，因此USBD直接对集线器进行控制。这就意味着USBD还具有控制USB设备和集线器动态插拔的能力。

　　在主机栈的最顶层是USB设备驱动程序。设备驱动程序依赖USBD提供的通信通道，驱动连接到USB系统中的USB设备。

　　OSAL为LJSB主机栈提供了与VxWorks操作系统相关的操作，包括任务管理、互斥及信号灯、内存分配以及系统时钟。

　　通过图1的结构，可以看出USB主机栈的设计关键是USB主机驱动(USBD)的设计，USBD为USB设备驱动程序提供标准的USBD API;为主机控制器驱动提供HCDAPI。

　　2 USB主机栈启动过程

　　USB主机栈的启动分为3步：

　　(1)初始化LJSB主机驱动(USBD);

　　(2)加载USB主控制器驱动(HCD);

　　(3)加载USB设备驱动程序。

　　集成开发环境(IDE)下可以通过工具进行配置，其步骤如下所述：

　　(1)包含USB主机栈USB Host Stack组件，通过在工程中包含USB主机栈完成对USBD的支持。在系统启动时对USB主机驱动进行初始化需要包含USBHostStack Init组件;

　　(2)包含主机控制器(HC)，根据具体设计选用相应的控制器。一般在嵌入式模块的手册中都有其模块控制器的类别。在系统启动时对主机控制器进行初始化需要包含相应控制器的初始化组件;

　　(3)包含设备驱动，根据设计的需求选择相应的设备驱动。

　　通过上述配置生成的VxWorks系统中带有USB主机栈，可以完成USB2.0主机功能。3 USB主机驱动(USBD)分析

　　在使用USBD提供的接口之前，首先需要对USBD进行初始化，USBD的初始化分为3步，其步骤如下：

　　(1)调用USBD的入口函数lasbdInit()，usbdInit初始化USBD用到的数据结构;

　　(2)调用13SB集线器(HUB)的初始化函数lasbHu-blnit()，初始化集线器驱动的数据结构;

　　(3)使用函数usbHCDlnit()挂接相应的主机驱动器。

　　对于每一个挂接到USBD上的主机驱动程序，集线器驱动程序都会为其创建一个优先级为100的任务来监视USB总线上的事件。这个任务一直处于睡眠状态，一旦集线器上的某一个端口状态发生改变，该任务立即被激活。由于该任务的优先级为100，可以立刻获得资源变为运行状态将总线状态告知USBD。

　　USB设备类驱动需要首先在USBD中注册，USBD为每一个设备类维护着一个设备类结构，它的定义如下：
　

　　当USB设备插入或拔出USB系统时，集线器驱动程序将USB设备插入或拔出的信息通知USBD，USBD)根据得到设备信息(例如：设备类号，子类号，协议号等)查找设备驱动程序列表，查找到该设备的驱动程序后，调用USB设备的相应函数，进行设备的相应操作。 当一个设备类不在系统中使用时，通过撤销函数来撤销注册，该操作的实质是删除相应设备类的设备类结构。

　　4结束语

　　本文介绍的VxWorks操作系统下USB2.0驱动程序已经成功在国内某高性能频谱分析仪中使用，在使用过程中有以下几点注意事项：

　　(1)通过分析USB主机栈启动过程，可以对USB主机栈原理进行研究;

　　(2)为考虑USB系统的可移植性，VxWorks提供的源程序并没有基于平台做处理。当使用X86平台时，需要修改相应的PCI设置以适应X86平台下的PCI机制。具体方法：修改usbPciStub.c定义： 

　　(3)在使用EHC时，一定要注意系统中使用的USBI.1的控制器是什么类型，并将相应的驱动程序组件加到VxWorks的Image中。