标题：VxWorks实时操作系统的USB驱动程序原理与分析
通用串行总线(USB)作为一种中高速的数据方式，已经很普遍地应用于外设与主机的通信中。VxWorks是当今十分流行的实时操作系统，在通信、国防、工业控制、医疗设备等嵌入式实时应用领域。很多VxWorks系统中都有USB设备，可是关于USB的驱动实现并没有相关的资料可以参考，给实际工作带来了难题。本文通过详细地分析VxWorks下的USB驱动栈，具体提出了其实际应用的方法，为USB在应用VxWorks的嵌入式系统的开发扫清了技术障碍。
2、VxWorks简介
VxWorks是WindRiver公司开发的具有工业领导地位的高性能实时操作系统(Real Tim Operation System，RTOS)内核，具有先进的网络功能。VxWorks的开放式结构和对工业标准的支持，使得开发人员易于设计高效的嵌入式系统，并可以很小的工作量移植到其它不同的处理器上。
作为一种先进的实时操作系统，它具有以下特点：
可裁剪微内核结构。
高效的任务管理：
① 多任务，具有256个优先级。
② 具有优先级排队和循环调度。
③ 快速的、确定性的上下文切换。
灵活的任务间通讯：
① 三种信号灯：二进制、计数、有优先级继承特性的互斥信号灯。
② 消息队列。
③ 套接字(Socket)。
④ 共享内存。
⑤ 信号(Signals)
微秒级的中断处理。
支持POSIX 1003.1b实时扩展标准。
支持多种物理介质及标准的、完整的TCPIP网络协议。
灵活的引导方式。支持从ROM、flash、本地盘(软盘或硬盘)或网络引导。
支持多处理器并行处理。
快速灵活的l／O系统。
支持MS-DOS和RT-11文件系统。
支持本地盘，flash，CD-ROM 的使用。
完全符合ANSI C标准。
多个系统调用。
3、 USB驱动程序的结构概述
图1提供了一个USB主驱动栈结构的简单概括。图2显示了USB主驱动栈的各模块之间的功能联系。
图1 USB主驱动栈结构简单模型
图2 USB主驱动栈各模块之间的功能联系
在栈的最底部是USB主控制器(USB HC， 即USB Host Controller)， 这是主系统中控制每一个USB设备的硬件部分。
目前，市场上主要有两大类USB主控制器，一种是支持由ime1公司最先提出的通用主控制器接口(Universal Host Controller Interface，简称UHCI)，另一种是支持由微软、康柏和国家半导体公司联合设计提出的开放主控制器接口(Open Host Controller Interface，简称OHCI)。硬件厂商一般根据这两个规范设计他们的USB主控制器。
对于每一类型的主控制器都有一个与硬件独立的USB主控制器驱动(Host Controller Driver，简称HCD)。WindRiver提供了两个驱动：usbHcdUhciLib (UHCI 主控制器库)和usbHedOheiLib (OHCI主控制器库)。USB主驱动(USB host driver，简称USBD)和HCD之间的接口允许一个或超过一个的底层主控制器。而且，WindRiver的USBD能够同时连接多个USB HCD。这样的设计特点可以使开发者建立复杂的USB系统。
USBD是在HCD之上的与硬件独立的模块。USBD管理每一个与主机相连的USB设备， 向更高层次提供了可与USB设备通信的路径。它还负责自动处理USB电力管理以及USB带宽管理。而且，USBD还管理USB hub，Hub功能是一个驱动能否对USB正确操作的评价之一。因此WindRiver的USBD设计者要使USBD透明地处理hub的功能。这意味着，USBD 还能处理USB hub和设备的动态插拔。
USB Client模块在USB主驱动栈的顶端。USB类驱动(USB Class Driver)是Client模块的典型例子。USB类驱动负责管理连接到USB上的不同类型的设备； 它们依靠USBD来提供与每个设备的通信路径。USB client模块的其他例子就是那些利用USBD与USB设备通信的应用程序。
4、 USBD驱动详解
这一部分将要描述USBD(USB Host Driver)的典型应用。例如初始化，client注册，动态连接注册，设备配置，数据传输，同时还探讨了USBD内部设计的关键特性。这部分是VxWorks下USB驱动的核心。
4.1 初始化USBD：分为两步
(1)必须至少调用一次函数usbdInitialize()。在一个给定的系统中，usbdlnifialize()初始化内部USBD数据结构，并依次调用其它USB驱动栈模块的入口。usbdinitialize()可以在启动时调用一次，也可以对每一个设备各调用一次。USBD 自己记录了调用usbdInitialize()(‘+’)和usbdShutDown()(‘-’)的次数。只有大于等于1时才是真正初始化了，而等于0是关闭了。
(2)用USBD 的lisbdHedAttaeh()函数来把至少一个HCD连接到USBD上。这一过程既可以在VxWorks启动时，也可以在运行时把HCD 连接到USBD 上去。后一种机制可以支持“热插拔”，而不用象前一种那样需要重新启动。
4.2 HCD的连接(attaching)与断开(detaching)
当HCD连接到USBD 时，调用者为usbdHedattaeh函数传递HCD执行入口(表HCD_EXEC_FUNC)和HCD连接参数(HCD attach parameter)。USBD用HCD FNC ATYACH 服务请求依次激活HCD的执行入口，传递同样的HCD attach参数。
需要强调虽然可以改变用HCD定义的参数，但是最好不应该有所改变。对于WindRiver提供的UHCI和OHCI的HCD，HCI attach参数是一个指向结构PCI_CFG_HEADER (定义在pciConstants.h) 的指针。
该结构用UHCI和OHCI主控制器的PCI配置头来初始化，而HCD用这个结构中的信息来定位，管理特定的主控制器。典型的，调用者用usbPeiClassFind ()和usbPciConfigHeaderGet()来得到想要的主控制器的PCI配置头- 这两个函数定义在usbPciLib 中(stubUsbarchPciLib.h中)。如果有UHCI或OHCI要连接到USBD，就要调用这些函数来获得每一个主控制器的PCI_CFG_HEADER。然后利用usbdHedAttaeh来激活已鉴别出的每一个主控制器。
注意：底层BSP可能不支持USB的HCD断开，因为当中断向量表重新使能时，如果还应用的是过期的向量表，会导致错误。
4.3 启动顺序
必须在所有USBD函数前执行函数usbdInitialize()。存在以下两种调用方式：
(1)传统的“启动”初始化。执行顺序与其意义如下：
a．usbdInitialize()；
b．usbdPciClassFind()：定位一个USB主控制器；
c．usbdPeiConfigHeaderGet()：读USB主控制器配置头；
d．usbdHedAttaeh()：连接HCD，将其作为特定的主控制器：
e．调用USB class driver初始化入口点；
f．USB class driver调用usbdlnitialize()。