標題：VxWorks實時操作系統的USB驅動程序原理與分析
通用串行總線(USB)作為一種中高速的數據方式，已經很普遍地應用于外設與主機的通信中。VxWorks是當今十分流行的實時操作系統，在通信、國防、工業控制、醫療設備等嵌入式實時應用領域。很多VxWorks系統中都有USB設備，可是關于USB的驅動實現并沒有相關的資料可以參考，給實際工作帶來了難題。本文通過詳細地分析VxWorks下的USB驅動棧，具體提出了其實際應用的方法，為USB在應用VxWorks的嵌入式系統的開發掃清了技術障礙。
2、VxWorks簡介
VxWorks是WindRiver公司開發的具有工業領導地位的高性能實時操作系統(Real Tim Operation System，RTOS)內核，具有先進的網絡功能。VxWorks的開放式結構和對工業標準的支持，使得開發人員易于設計高效的嵌入式系統，并可以很小的工作量移植到其它不同的處理器上。
作為一種先進的實時操作系統，它具有以下特點：
可裁剪微內核結構。
高效的任務管理：
① 多任務，具有256個優先級。
② 具有優先級排隊和循環調度。
③ 快速的、確定性的上下文切換。
靈活的任務間通訊：
① 三種信號燈：二進制、計數、有優先級繼承特性的互斥信號燈。
② 消息隊列。
③ 套接字(Socket)。
④ 共享內存。
⑤ 信號(Signals)
微秒級的中斷處理。
支持POSIX 1003.1b實時擴展標準。
支持多種物理介質及標準的、完整的TCPIP網絡協議。
靈活的引導方式。支持從ROM、flash、本地盤(軟盤或硬盤)或網絡引導。
支持多處理器并行處理。
快速靈活的l／O系統。
支持MS-DOS和RT-11文件系統。
支持本地盤，flash，CD-ROM 的使用。
完全符合ANSI C標準。
多個系統調用。
3、 USB驅動程序的結構概述
圖1提供了一個USB主驅動棧結構的簡單概括。圖2顯示了USB主驅動棧的各模塊之間的功能聯系。
圖1 USB主驅動棧結構簡單模型
圖2 USB主驅動棧各模塊之間的功能聯系
在棧的最底部是USB主控制器(USB HC， 即USB Host Controller)， 這是主系統中控制每一個USB設備的硬件部分。
目前，市場上主要有兩大類USB主控制器，一種是支持由ime1公司最先提出的通用主控制器接口(Universal Host Controller Interface，簡稱UHCI)，另一種是支持由微軟、康柏和國家半導體公司聯合設計提出的開放主控制器接口(Open Host Controller Interface，簡稱OHCI)。硬件廠商一般根據這兩個規范設計他們的USB主控制器。
對于每一類型的主控制器都有一個與硬件獨立的USB主控制器驅動(Host Controller Driver，簡稱HCD)。WindRiver提供了兩個驅動：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器庫)和usbHedOheiLib (OHCI主控制器庫)。USB主驅動(USB host driver，簡稱USBD)和HCD之間的接口允許一個或超過一個的底層主控制器。而且，WindRiver的USBD能夠同時連接多個USB HCD。這樣的設計特點可以使開發者建立復雜的USB系統。
USBD是在HCD之上的與硬件獨立的模塊。USBD管理每一個與主機相連的USB設備， 向更高層次提供了可與USB設備通信的路徑。它還負責自動處理USB電力管理以及USB帶寬管理。而且，USBD還管理USB hub，Hub功能是一個驅動能否對USB正確操作的評價之一。因此WindRiver的USBD設計者要使USBD透明地處理hub的功能。這意味著，USBD 還能處理USB hub和設備的動態插拔。
USB Client模塊在USB主驅動棧的頂端。USB類驅動(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USB類驅動負責管理連接到USB上的不同類型的設備； 它們依靠USBD來提供與每個設備的通信路徑。USB client模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設備通信的應用程序。
4、 USBD驅動詳解
這一部分將要描述USBD(USB Host Driver)的典型應用。例如初始化，client注冊，動態連接注冊，設備配置，數據傳輸，同時還探討了USBD內部設計的關鍵特性。這部分是VxWorks下USB驅動的核心。
4.1 初始化USBD：分為兩步
(1)必須至少調用一次函數usbdInitialize()。在一個給定的系統中，usbdlnifialize()初始化內部USBD數據結構，并依次調用其它USB驅動棧模塊的入口。usbdinitialize()可以在啟動時調用一次，也可以對每一個設備各調用一次。USBD 自己記錄了調用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次數。只有大于等于1時才是真正初始化了，而等于0是關閉了。
(2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函數來把至少一個HCD連接到USBD上。這一過程既可以在VxWorks啟動時，也可以在運行時把HCD 連接到USBD 上去。后一種機制可以支持“熱插拔”，而不用象前一種那樣需要重新啟動。
4.2 HCD的連接(attaching)與斷開(detaching)
當HCD連接到USBD 時，調用者為usbdHedattaeh函數傳遞HCD執行入口(表HCD_EXEC_FUNC)和HCD連接參數(HCD attach parameter)。USBD用HCD FNC ATYACH 服務請求依次激活HCD的執行入口，傳遞同樣的HCD attach參數。
需要強調雖然可以改變用HCD定義的參數，但是最好不應該有所改變。對于WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach參數是一個指向結構PCI_CFG_HEADER (定義在pciConstants.h) 的指針。
該結構用UHCI和OHCI主控制器的PCI配置頭來初始化，而HCD用這個結構中的信息來定位，管理特定的主控制器。典型的，調用者用usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()來得到想要的主控制器的PCI配置頭- 這兩個函數定義在usbPciLib 中(stubUsbarchPciLib.h中)。如果有UHCI或OHCI要連接到USBD，就要調用這些函數來獲得每一個主控制器的PCI_CFG_HEADER。然后利用usbdHedAttaeh來激活已鑒別出的每一個主控制器。
注意：底層BSP可能不支持USB的HCD斷開，因為當中斷向量表重新使能時，如果還應用的是過期的向量表，會導致錯誤。
4.3 啟動順序
必須在所有USBD函數前執行函數usbdInitialize()。存在以下兩種調用方式：
(1)傳統的“啟動”初始化。執行順序與其意義如下：
a．usbdInitialize()；
b．usbdPciClassFind()：定位一個USB主控制器；
c．usbdPeiConfigHeaderGet()：讀USB主控制器配置頭；
d．usbdHedAttaeh()：連接HCD，將其作為特定的主控制器：
e．調用USB class driver初始化入口點；
f．USB class driver調用usbdlnitialize()。