CN1560748A - 一种usb接口的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种USB接口的驱动方法，其包括以下步骤：初始化USB总线，包括初始化根集线器，其中初始化根集线器包括配置根集线器、提交USB请求块到中断服务子程序队列当中以及创建USB接入设备内核守护进程；每个通用主控制器接口的时间片结束会产生中断信号，每次产生中断会扫描挂在驱动骨架程序上的每个装有数据的传送盒，轮流执行中断服务子程序队列中的应用程序，并且通知USB总线上连接的设备；执行根集线器中断，周期性唤醒USB接入设备内核守护进程，并扫描根集线器的各个端口；周期性检查根集线器的端口是否有设备接入；若有USB设备接入，则对USB设备的配置或者设备的描述进行读取；为新加入的USB设备绑定驱动程序，并且开始初始化USB设备。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种USB接口的驱动方法，尤其涉及一种基于ARM 7312处理器的USB接口的驱动方法。
【背景技术】
USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)是电脑系统与其周边装置连接或通信的标准接口，现在在使用Windows操作系统的电脑系统中使用较广泛的版本是USB1.1，但是在Linux操作系统中，尤其是使用ARM7312处理器的电话机中目前还没有可以实现USB1.1传输的，而随着Linux操作系统使用的日渐广泛，不能实现USB1.1传输的基于Linux操作系统的产品存在使用不便的缺点。
【发明内容】
为了克服现有的使用ARM 7312的电话机不能实现USB1.1传输的缺点，本发明提供一种基于ARM 7312处理器的USB接口及其驱动方法，其能使使用ARM 7312处理器的电话机实现USB1.1传输。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种USB接口的驱动方法，其包括以下步骤：
初始化USB总线，包括初始化根集线器，其中初始化根集线器包括配置根集线器、提交USB请求块到中断服务子程序队列当中以及创建USB接入设备内核守护进程；
每个通用主控制器接口的时间片结束会产生中断信号，每次产生中断会扫描挂在驱动骨架程序上的每个装有数据的传送盒，轮流执行中断服务子程序队列中的应用程序，并且通知USB总线上连接的设备；
执行根集线器中断，周期性唤醒USB接入设备内核守护进程，并扫描根集线器的各个端口；
周期性检查根集线器的端口是否有设备接入；
若有USB设备接入，则对USB设备的配置或者设备的描述进行读取；
为新加入的USB设备绑定驱动程序，并且开始初始化USB设备。
本发明的有益效果是使在ARM 7312嵌入式处理器上实现USB1.1传输，因此可使使用ARM 7312嵌入式处理器的电话机理想地连接多种外设。。
【附图说明】
图1是本发明基于ARM 7312处理器的USB接口的电路原理图。
图2是图1所示的USB接口的驱动方法的流程图。
图3是初始化USB设备的流程图。
图4是USB传输的中断处理流程图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明的基于ARM 7312处理器的USB接口是用于基于Linux操作系统且是使用ARM 7312处理器的电话机。在ARM 7312处理器上实现USB1.1传输是采用CYPRESS公司生产的SL811HST(USB-HOST)接口芯片，SL811HST是SL811的主控制芯片，它的主要工作就是支持SL811的USB HOST协议，这个芯片实现了等时传输、块传输和中断传输等方式，在SL811HST芯片中有一个USB传输的缓冲区队列和扫描执行队列，驱动程序只需要把数据挂在缓冲区的队列上，并且设定具体的传输方式，就可以执行主机和USB设备之间的数据交互。
SL811HST芯片的D[0..7]是数据总线，这些数据总线直接连接到ARM 7312嵌入式处理器的第0-7位；A0为数据/控制器总线，直接连接到ARM 7312的A0地址线上；nCS3、nMWE和nMOE分别连接到ARM 7312的片选3、读和写信号线上；在nCS3上要加一个15K的上拉电阻R21，由于SL811和ARM 7312的口输出/输入能力不能匹配，所以需要使用一个上拉，这样就不会出现半高电平的可能性；EINT1是SL811HST芯片的中断信号线，这里由于是低中断有效，所以要通过一个74HC04反向门把信号电平反向；nRST是SL811HST芯片的复位信号线，由于在规格书中规定该信号线需要接到一个GPIO口上，但是事实上GPIO口不能稳定实现一个延迟200ms的脉冲，所以和ARM 7312使用同一个复位脚比较好，可以正确让它复位；SL811HST芯片的D-端口和D+端口分别与一滤波电路连接，与D-端口连接的滤波电路由电感L10和电阻R23串联而成，电感L10的一端与SL811HST芯片的D-端口连接，另一端与从设备USB-A的D-端口连接，与D+端口连接的滤波电路由电感L11和电阻R22串联而成，电感L11的一端与SL811HST芯片的D+端口连接，另一端与从设备USB-A的D+端口连接，L11和L10两个电感(取值在10-100uH以内)和R22和R23两个电阻(取值在15K-18K以内)必须要加上，如果没有，则在USB等时传输时会造成大量的错误，而且整个USB系统的EMC能力也会降低；SL811HST芯片的X1和X2端口均与晶振电路连接，该晶振电路中的晶振Y1没有选用规格书中的48MHz，而选用了12MHz，原因是如果使用48MHz三次和四次的杂波非常高，造成在USB等时传输的时候出现严重的误码，该晶振电路中的电容C22和C23必须在15-50pF之间，同样也是因为等时传输的原因，如果不在该范围内等时传输出错率在10倍以上；RYC8220-2M芯片是一个USB的电源芯片，负责给USB的从设备，例如USB-A，提供电源。
Cypress公司的SL811HST芯片在Linux内核的源码目录中提供了一个最基础的USB驱动程序，即USB驱动骨架程序(usb-skeleton)，通过该USB驱动骨架程序我们仅需要修改极少的部分，就可以完成一个USB设备的驱动。该USB驱动骨架程序是以PCI(Peripheral Component Interconnection，周边元件扩展接口)骨架为模板的。
Linux USB驱动程序需要做的第一件事情就是在Linux USB子系统里注册，并提供一些相关信息，例如这个驱动程序支持哪种设备，当被支持的设备从系统插入或拔出时，会有哪些动作，所有这些信息都传送到USB子系统中。
USB驱动骨架程序的关键几点如下：
1.USB驱动的注册和注销
USB驱动程序在注册时会做usb_register的函数处理；
当要从系统卸载驱动程序时，需要注销USB子系统，即需要usb_unregister函数处理；
当USB设备插入时，为了使Linux的热插拔(Linux中PCI、USB等设备热插拔支持)系统自动装载驱动程序，则需要创建一个MODULE_DEVICE_TABLE(模块设备表)。
USB_DEVICE宏(USB设备宏)利用厂商ID和产品ID为我们提供了一个设备的唯一标识，SL811HST采用了Cypress专有的ID号或者设备标识。当系统插入一个ID匹配的USB设备到USB总线时，驱动会在USB内核中注册。驱动程序中probe(探针)函数也就会被调用。usb_device(USB设备)结构指针、接口号和接口ID都会被传递到函数中。
驱动程序需要确认插入的设备是否可以被接受，如果不接受，或者在初始化的过程中发生任何错误，probe函数返回一个NULL(空)值，否则返回一个含有设备驱动程序状态的指针，通过这个指针，就可以访问所有结构中的回调函数。
在骨架驱动程序里，最后一点是要注册devfs(设备文件系统)。我们创建一个缓冲用来保存那些被发送给USB设备的数据和那些从USB设备上接收的数据，同时USB urb(USB request blocks，USB请求块)被初始化，并且我们在devfs子系统中注册设备，允许devfs用户访问我们的设备。
如果devfs注册函数失败，devfs子系统会将此情况报告给用户。
当然最后，如果设备从usb总线拔掉，设备指针会调用disconnect(断开)函数。驱动程序就需要清除那些被分配了的所有私有数据、关闭urbs，并且从devfs上注销自己。
此时，USB驱动骨架程序就已经和USB设备绑定上了，任何用户态程序要操作此设备都可以通过file_operations(文件操作)结构所定义的函数进行了。
首先，我们要打开此USB设备。当USB设备打开后，读、写函数就可以收、发数据了。
2.USB驱动骨架程序的读、写函数
该读、写函数是完成驱动对读写等操作的响应。
3.skel_disconnect(USB驱动骨架程序的断开)函数
当我们释放设备文件句柄时，这个函数会被调用。首先确认当前是否有其它的程序正在访问这个设备，如果是最后一个用户在使用，我们可以关闭任何正在发生的写。
如果程序有一个打开的设备句柄，在当前结构里，我们只要把它赋值为空，就像它已经消失了。对于每一次设备读写等其它函数操作，我们都要检查usb_device结构是否存在。如果不存在，就表明设备已经消失，并返回一个错误给用户程序。当最终我们调用release(释放)函数时，在没有文件打开这个设备时，无论usb_device结构是否存在、它都会清空skel_disconnect函数所作工作。
请参阅图2，上述基于ARM 7312处理器的USB接口的驱动方法包括以下步骤：
初始化USB总线，包括初始化根集线器，初始化根集线器包括配置根集线器、提交URB到中断服务子程序队列当中以及创建khubd守护进程(USB接入设备内核守护进程)，创建khubd守护进程的目的在于周期性扫描整个USB端口，在这里调用了USB驱动的注册和注销；
每个UHCI(Universal Host Controller Interface，通用主控制器接口)的时间片结束会产生中断信号，每次产生中断会扫描挂在驱动骨架程序上的每个装有数据的传送盒，轮流执行中断服务子程序队列中的应用程序(包括控制请求提交、中断请求提交、或者是块传输请求提交的程序)，并且通知USB总线上连接的设备，也即调用USB驱动骨架程序的读、写函数；
执行根集线器中断，周期性唤醒khubd守护进程，并扫描根集线器的各个端口；
周期性检查根集线器的端口是否有设备接入；
若有USB设备接入，则对USB设备的配置或者设备的描述进行读取；
为新加入的USB设备绑定驱动程序，并且开始初始化USB设备。
请参阅图3，其中初始化USB设备包括以下步骤：
201.分配I/O空间和UCHI可以访问的I/O地址；
202.设定各个传输队列；
203.创建USB总线；
204.创建USB根集线器；
205.启动根集线器；
206.周期性执行根集线器中断服务子程序。
请参阅图4，本发明基于ARM 7312处理器的USB接口的驱动方法还包括USB传输的中断处理步骤，其包括：
301.唤醒根集线器的控制器；
302.删除等待队列中没有提交的请求；
303.对等待队列中的请求重新排队；
304.检验等时，成块，中断三个队列中的请求结构；
305.扫描整个请求器的队列是否正确；
306.判断整个请求器内的请求是否在处理，若是，则直接执行步骤310，若不是，则执行步骤307；
307.检查每一个UHCI的传输单元是否找到有空闲的单元；
308.判断本阶段是否为收到短的信息包，若是，则执行步骤309，若不是，则执行步骤310；
309.重新通过发送控制消息，并且摘除原先的请求队列；
310.判断本阶段是否为请求处理中，若是，则同时执行313，若不是，则执行311；
311.把完成的URB从相关的队列中摘除；
312.把完成的URB加入完成队列中；
313.扫描当前的完成列表，检查当中完成传输的URB；
314.唤醒当前进程，准备读取数据或者返回的状态；
315.调用DMA(Direct Memory Access，直接存储器存取)同步，让设备缓冲区和内存缓冲区数据相一致。
Claims (6)
1.一种USB接口的驱动方法，其特征在于包括以下步骤：
初始化USB总线，包括初始化根集线器，其中初始化根集线器包括配置根集线器、提交USB请求块到中断服务子程序队列当中以及创建USB接入设备内核守护进程；
每个通用主控制器接口的时间片结束会产生中断信号，每次产生中断会扫描挂在驱动骨架程序上的每个装有数据的传送盒，轮流执行中断服务子程序队列中的应用程序，并且通知USB总线上连接的设备；
执行根集线器中断，周期性唤醒USB接入设备内核守护进程，并扫描根集线器的各个端口；
周期性检查根集线器的端口是否有设备接入；
若有USB设备接入，则对USB设备的配置或者设备的描述进行读取；
为新加入的USB设备绑定驱动程序，并且开始初始化USB设备。
2.根据权利要求1所述的USB接口的驱动方法，其特征在于：该USB接入设备内核守护进程调用了USB驱动的注册和注销。
4.根据权利要求1所述的USB接口的驱动方法，其特征在于：该中断服务子程序队列中的应用程序包括控制请求提交、中断请求提交、或者是块传输请求提交的程序。
5.根据权利要求1所述的USB接口的驱动方法，其特征在于：该初始化USB设备包括以下步骤：
分配I/O空间和通用主控制器接口可以访问的I/O地址；
设定各个传输队列；
创建USB总线；
创建USB根集线器；
启动根集线器；
周期性执行根集线器中断服务子程序。
6.根据权利要求1所述的USB接口的驱动方法，其特征在于：该USB接口的驱动方法还包括USB传输的中断处理步骤，其包括：
(301).唤醒根集线器的控制器；
(302).删除等待队列中没有提交的请求；
(303).对等待队列中的请求重新排队；
(304).检验等时，成块，中断三个队列中的请求结构；
(305).扫描整个请求器的队列是否正确；
(306).判断整个请求器内的请求是否在处理，若是，则直接执行步骤(310)，若不是，则执行步骤(307)；
(307).检查每一个通用主控制器接口的传输单元是否找到有空闲的单元；
(308).判断本阶段是否为收到短的信息包，若是，则执行步骤(309)，若不是，则执行步骤(310)；
(309).重新通过发送控制消息，并且摘除原先的请求队列；
(310).判断本阶段是否为请求处理中，若是，则同时执行(313)，若不是，则执行(311)；
(311).把完成的USB请求块从相关的队列中摘除；
(312).把完成的USB请求块加入完成队列中；
(313).扫描当前的完成列表，检查当中完成传输的USB请求块；
(314).唤醒当前进程，准备读取数据或者返回的状态；
(315).调用直接存储器存取同步，让设备缓冲区和内存缓冲区数据相一致。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的USB接口的驱动方法，其特征在于：该USB接口采用SL811HST作为接口主控芯片，该SL811HST芯片与ARM7312嵌入式处理器连接。
Priority Applications (1)
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