2022年10月12日 | S3C2440 USB 设备控制器

s3c2440 soc集成了一个usb1.1设备控制器，可以进行全速/低速的控制，中断与批量传输。除了端点0,具有四个端点，每个端点都可以作为中断与批量的端点，每个端点具有128 byte的FIFO，所以端点最大packet可以设置成128byte。并且支持DMA传输。任何一种设备控制器对于软件来说都是一组寄存器：数据，状态，控制。usb 设备控制器也不例外。设置好相应的控制寄存器，并且在数据来时读取数据寄存器，需要发送数据的时候将数据写入输出寄存器。而这种数据的通信建立在对状态寄存器的读取上，往往还会有中断与DMA的操作。s3c2440 usb设备控制器的寄存器分为以下几组：

(1)：电源管理寄存器

        PWR_REG 负责USB设备挂起等电源设置

(2)：地址寄存器

        存储USB设备的地址，当主机枚举设备设备的时候设置

(3)：中断控制寄存器

        EP_INT_REG    端点中断状态寄存器，每当一个端点事件发生的时候，相应的位就会置1

        USB_INT_REG   设备中断状态寄存器，主要有三个中断：唤醒，复位，挂起

        EP_INT_EN_REG  端点中断使能寄存器

        EP_INT_EN_REG  设备中断使能寄存器

(4)：编号寄存器

因为USB 设备控制器有五个端点，并且五个端点寄存器大同小异，所以硬件设计上使用了编号寄存器：名字相同但物理寄存器不同。有一个INDEX_REG寄存器，它里面的值指示了具体的哪组物理寄存器。这样的寄存器有七个分别是：

        MAXP_REG： 端点最大信息包大小

        IN_CSR1_REG

        IN_CSR2_REG

        OUT_CSR1_REG

        OUT_CSR2_REG

        OUT_FIFO_CNT1_REG

        OUT_FIFO_CNT2_REG

(5)：FIFO寄存器

        EPO_FIFO_REG

        EP1_FIFO_REG

        EP2_FIFO_REG

        EP3_FIFO_REG

        EP4_FIFO_REG

(6)：DMA寄存器

        端点1~4,每个端点六个，用于设置端点的DMA传输。

USB设备控制器处理了大部分的USB传输细节，并产生相应的中断。所以对USB设备控制器的编程，最关键的部分就是中断处理的部分。比如端点每收到一个token以及后面的数据包，就会产生相应的中断。软件只需要在中断处理程序中读取数据，并且清除中断标志。USB设备控制器就会自动发送应答包。现在网上比较流行的操作s3c2440 usb 设备控制器的程序就是移植到u-boot里面的usb下载程序。因为在u-boot的环境下所以调试起来没有在裸机上来的方便，所以我将这个程序移植到了裸机上，编译环境arm-linux-gcc。下面大体介绍以下这个程序的流程：

这个程序主要是完成了USB设备的枚举，与批量OUT传输，并且开启了DMA，OUT传输用的端点是端点3。这个程序首先从init_usb_slave() 开始：这个函数主要是设置usb slave的引脚以及控制寄存器，设置中断处理程序的入口，以及开启中断。

void usb_init_slave(void)

{

        struct s3c24x0_gpio * const gpioregs = s3c24x0_get_base_gpio();

        char *mode;

        Delay(10);

        Usb_Isr_Init();  

      //设置中断处理程序的入口，需要两个中断USBD与DMA2,USBD用于处理USB事务，DMA2用于处理DMA传输

         writel((readl(&gpioregs->MISCCR) & ~((1<<3) | (1<<13))), &gpioregs->MISCCR);

// USBD is selected instead of USBH1 

// USB port 1 is enabled.

//

//  USBD should be initialized first of all.

//

        isUsbdSetConfiguration=0;

        UsbdMain(); //主要配置函数

        Delay(10);

        writel((readl(&gpioregs->GPCDAT) | (1<<5)), &gpioregs->GPCDAT);

        //这个操作和Mini2440开发板有关，在USB 设备的信号线上D+上接上了一个GPC5的一个上拉电阻，当GPC5输出高电平的时候，主机的集线器才能检测到设备，从而给复位信号

 /* enable USB Device, thisway.diy */

#if USBDMA

        mode="DMA";   

#else

        mode="Int";

#endif

        download_run=0; //The default menu is the Download & Run mode.

        printk("USB slave is enable!n");

        //printk是我自己编写的打印函数

}

在配置完设备后，给GPC5一个高电平，主机就开始枚举设备的过程了。能不能开始这个过程关键是看设备是否配置正确。这就是要看UsbMain()这个函数了。他在usbmain.c中，如下:

void UsbdMain(void)

{

    InitDescriptorTable();

    ConfigUsbd(); 

    PrepareEp1Fifo(); 

}

这个函数挺简单，但是调用了三个函数可不简单。第一个就是初始化一些USB描述符，比如设备描述符，配置描述符等，在usb控制传输的时候返回给设备。这个函数在usbsetup.c中。PrepareEp1Fifo()是配置端点1的，这里没有用到。关键的是ConfigUsbd()函数，这个函数是最主要的配置函数。在usblib.c中：

void ConfigUsbd(void)

{

        struct s3c24x0_interrupt * intregs = s3c24x0_get_base_interrupt();

        ReconfigUsbd();

        writel((readl(&intregs->INTMSK) & ~(BIT_USBD)), &intregs->INTMSK);

}

这个函数是个封装函数，第一次配置调用他，并且开启中断。在重置USB的过程中调用的是ReconfigUsbd()，这个函数也在usblib.c中：

void ReconfigUsbd(void)

{

// *** End point information ***

//   EP0: control

//   EP1: bulk in end point

//   EP2: not used

//   EP3: bulk out end point

//   EP4: not used

struct s3c24x0_usb_device * const usbdevregs = s3c24x0_get_base_usb_device();   

writeb(PWR_REG_DEFAULT_VALUE, &usbdevregs->PWR_REG); //disable suspend mode

writeb(0, &usbdevregs->INDEX_REG); 

writeb(FIFO_SIZE_8, &usbdevregs->MAXP_REG); //EP0 max packit size = 8 

writeb((EP0_SERVICED_OUT_PKT_RDY | EP0_SERVICED_SETUP_END), & usbdevregs->EP0_CSR_IN_CSR1_REG); //EP0:clear OUT_PKT_RDY & SETUP_END

writeb(1, &usbdevregs->INDEX_REG); 

#if (EP1_PKT_SIZE==32)

writeb(FIFO_SIZE_32, &usbdevregs->MAXP_REG); //EP1:max packit size = 32

#else

writeb(FIFO_SIZE_64, &usbdevregs->MAXP_REG); //EP1:max packit size = 64

#endif

writeb((EPI_FIFO_FLUSH | EPI_CDT), &usbdevregs->EP0_CSR_IN_CSR1_REG); 

writeb((EPI_MODE_IN | EPI_IN_DMA_INT_MASK | EPI_BULK), &usbdevregs->IN_CSR2_REG);  //IN mode, IN_DMA_INT=masked    

writeb(EPO_CDT, &usbdevregs->OUT_CSR1_REG); 

writeb((EPO_BULK | EPO_OUT_DMA_INT_MASK), &usbdevregs->OUT_CSR2_REG); 

writeb(2, &usbdevregs->INDEX_REG); 

writeb(FIFO_SIZE_64, &usbdevregs->MAXP_REG); //EP2:max packit size = 64

writeb((EPI_FIFO_FLUSH | EPI_CDT | EPI_BULK), &usbdevregs->EP0_CSR_IN_CSR1_REG); 

writeb((EPI_MODE_IN | EPI_IN_DMA_INT_MASK), &usbdevregs->IN_CSR2_REG);  //IN mode, IN_DMA_INT=masked    

writeb(EPO_CDT, &usbdevregs->OUT_CSR1_REG); 

writeb((EPO_BULK | EPO_OUT_DMA_INT_MASK), &usbdevregs->OUT_CSR2_REG); 

writeb(3, &usbdevregs->INDEX_REG); 

    #if (EP3_PKT_SIZE==32)

writeb(FIFO_SIZE_32, &usbdevregs->MAXP_REG); //EP3:max packit size = 32

    #else

writeb(FIFO_SIZE_64, &usbdevregs->MAXP_REG); //EP3:max packit size = 64

    #endif

writeb((EPI_FIFO_FLUSH | EPI_CDT | EPI_BULK), &usbdevregs->EP0_CSR_IN_CSR1_REG);

writeb((EPI_MODE_OUT | EPI_IN_DMA_INT_MASK), &usbdevregs->IN_CSR2_REG); //OUT mode, IN_DMA_INT=masked    

writeb(EPO_CDT, &usbdevregs->OUT_CSR1_REG); 

    //clear OUT_PKT_RDY, data_toggle_bit.

//The data toggle bit should be cleared when initialization.

writeb((EPO_BULK | EPO_OUT_DMA_INT_MASK), &usbdevregs->OUT_CSR2_REG); 

writeb(4, &usbdevregs->INDEX_REG); 

writeb(FIFO_SIZE_64, &usbdevregs->MAXP_REG); //EP4:max packit size = 64

writeb((EPI_FIFO_FLUSH | EPI_CDT | EPI_BULK), &usbdevregs->EP0_CSR_IN_CSR1_REG); 

writeb((EPI_MODE_OUT | EPI_IN_DMA_INT_MASK), &usbdevregs->IN_CSR2_REG); //OUT mode, IN_DMA_INT=masked    

writeb(EPO_CDT, &usbdevregs->OUT_CSR1_REG); 

    //clear OUT_PKT_RDY, data_toggle_bit.

//The data toggle bit should be cleared when initialization.

writeb((EPO_BULK | EPO_OUT_DMA_INT_MASK), &usbdevregs->OUT_CSR2_REG); 

writeb((EP0_INT | EP1_INT | EP2_INT | EP3_INT | EP4_INT), &usbdevregs->EP_INT_REG); 

writeb((RESET_INT | SUSPEND_INT | RESUME_INT), &usbdevregs->USB_INT_REG); 

    //Clear all usbd pending bits

writeb((EP0_INT | EP1_INT | EP3_INT), &usbdevregs->EP_INT_EN_REG); 

writeb(RESET_INT, &usbdevregs->USB_INT_EN_REG); 

        ep0State = EP0_STATE_INIT;

}

可以看出首先是操作电源管理寄存器关闭自动挂起功能，然后就是针对每个端点来配置，主要设置端点的最大信息包的大小，端点类型，传输方向。以及是否支持DMA。最主要的是端点0与端点3因为其他三个端点没有用到。最后清除所有的中断状态寄存器的标志。

usb 设备控制器最主要的部分就是中断处理程序，本程序中的USB中断处理程序是void IsrUsbd(void)，在usbmain.c中：

void IsrUsbd(void)

{

    struct s3c24x0_usb_device * const usbdevregs = s3c24x0_get_base_usb_device();

    U8 usbdIntpnd,epIntpnd;

    U8 saveIndexReg = readb(&usbdevregs->INDEX_REG);

    usbdIntpnd = readb(&usbdevregs->USB_INT_REG);

    epIntpnd = readb(&usbdevregs->EP_INT_REG);

//    printk( "[INT:EP_I=%x,USBI=%x]",epIntpnd,usbdIntpnd );

    if(usbdIntpnd&SUSPEND_INT)

    {

writeb(SUSPEND_INT, &usbdevregs->USB_INT_REG);

    // printk( "    }

    if(usbdIntpnd&RESUME_INT)

    {

writeb(RESUME_INT, &usbdevregs->USB_INT_REG);

    // printk("    }

    if(usbdIntpnd&RESET_INT)

    {

    // printk( "   

    //ResetUsbd();

    ReconfigUsbd();

writeb(RESET_INT, &usbdevregs->USB_INT_REG); //RESET_INT should be cleared after ResetUsbd().   

        PrepareEp1Fifo(); 

    }

    //以上三个是USB设备中断，主要用到的是复位中断，当GPC5引脚为高时，USB 插入主机，就会产生这个中断

    if(epIntpnd&EP0_INT)

    {

writeb(EP0_INT, &usbdevregs->EP_INT_REG);

    Ep0Handler();

    }

    //对于每个端点中断都有不同的处理程序，这个是端点0的处理程序。在设备枚举的过程中使用。

    if(epIntpnd&EP1_INT)

    {

writeb(EP1_INT, &usbdevregs->EP_INT_REG);

    Ep1Handler();

    }

    if(epIntpnd&EP2_INT)

    {

writeb(EP2_INT, &usbdevregs->EP_INT_REG);

    // printk("<2:TBD]n");   //not implemented yet

    //Ep2Handler();

    }

    if(epIntpnd&EP3_INT)

    {

writeb(EP3_INT, &usbdevregs->EP_INT_REG);

printk("Ep3handern");

    Ep3Handler();

    }

    if(epIntpnd&EP4_INT)

    {

writeb(EP4_INT, &usbdevregs->EP_INT_REG);

  //  printk("<4:TBD]n");   //not implemented yet

    //Ep4Handler();

    }

    ClearPending_my((int)BIT_USBD);  

writeb(saveIndexReg, &usbdevregs->INDEX_REG);