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16．一个都不能少（3）
16．一个都不能少（3）
任桥伟/肖季东/肖林甫
电子工业出版社
《Linux那些事儿之我是USB（第2版）》本书基于2.6.22内核，对USB子系统的大部分源代码逐行进行分析，系统地阐释了Linux内核中USB子系统是如何运转的，子系统内部的各个模块之间是如何互相协作、配合的。本节为大家介绍一个都不能少。
16．一个都不能少（3）
这都是这两个变量对应的宏，spec里面对这些宏的意义说得很清楚。USB_PORT_STAT_ CONNECTION的意思的确是表示是否有设备连接在这个端口上，我们不妨假设有，那么portstatus和它相与的结果就是1，在spec里面，我们会看到connect_change被设置成了1。
而接下来，USB_PORT_STAT_C_CONNECTION则是表示这个端口的Current Connect Status位是否有变化，如果有变化，那么portchange和USB_PORT_STAT_C_CONNECTION相与的结果就是1，对于这种情况，我们需要发送另一个请求以清除这个flag，并且将connect_change也设置为1。这个请求叫做Clear Port Feature。这个请求也是Hub的标准请求，它的作用就是reset hub端口的某种feature。clear_port_feature()定义于drivers/usb/core/hub.c：162&/* &163&&*&USB&2.0&spec&Section&11.24.2.2 &164&&*/ &165&static&int&clear_port_feature(struct&usb_device&*hdev,&int&port1,&int&feature) &166&{ &167&&&&&return&usb_control_&msg(hdev,&usb_sndctrlpipe(hdev,&0), &168&&&&&&&&&&&&&USB_REQ_CLEAR_FEATURE,&USB_RT_PORT,&feature,&port1, &169&&&&&&&&&&&&&&&&&NULL,&0,&1000); &170&} &
USB_REQ_CLEAR_FEATURE和spec中的CLEAR_FEATURE请求是对应的，那么一共有哪些feature呢？在drivers/usb/core/hub.h中是这样定义的。 38&/* &39&&*&Port&feature&numbers &40&&*&See&USB&2.0&spec&Table&11-17 &41&&*/ &42&#define&USB_PORT_FEAT_CONNECTION&&&&&&&&0 &43&#define&USB_PORT_FEAT_ENABLE&&&&&&&&&&&&1 &44&#define&USB_PORT_FEAT_SUSPEND&&&&&&&&&&&2 &45&#define&USB_PORT_FEAT_OVER_CURRENT&&&&&&3 &46&#define&USB_PORT_FEAT_RESET&&&&&&&&&&&&&4 &47&#define&USB_PORT_FEAT_POWER&&&&&&&&&&&&&8 &48&#define&USB_PORT_FEAT_LOWSPEED&&&&&&&&&&9 &49&#define&USB_PORT_FEAT_HIGHSPEED&&&&&&&&&10 &50&#define&USB_PORT_FEAT_C_CONNECTION&&&&&&16 &51&#define&USB_PORT_FEAT_C_ENABLE&&&&&&&&&&17 &52&#define&USB_PORT_FEAT_C_SUSPEND&&&&&&&&&18 &53&#define&USB_PORT_FEAT_C_OVER_CURRENT&&&&19 &54&#define&USB_PORT_FEAT_C_RESET&&&&&&&&&&&20 &55&#define&USB_PORT_FEAT_TEST&&&&&&&&&&&&&&21 &56&#define&USB_PORT_FEAT_INDICATOR&&&&&&&&&22 &
而在spec中，Table 11-17与之相对应定义了许多的feature，我们清除的正是C_PORT_CONNECTION这一个feature。
spec里面说了，清除一个状态改变的feature就等于承认这么一个feature。（clearing that status change acknowledges the change）理由很简单，每次你检测到一个flag被设置之后，你都应该清除掉它，以便下次别人设置你就知道是有人设置了，否则你不知道在你下次判断是不是又有人设置了。同理，接下来的每个与portchange相关的判断语句都要这么做。所以如果portchange与上USB_PORT_STAT_C_CONNECTION确实为1，那么我们就要清除这个feature。同时我们当然也要记录connect_change为1。
继续，每个端口都有一个开关，这叫做enable或者disable一个端口。portchange和USB_PORT_STAT_C_ENABLE相与结果如果为1的话，说明端口开关有变化。和刚才一样，首先我们要做的是，清除掉这个变化的feature。但是这里需要注意，spec里对这个feature是这样规定的，如果portchange和USB_PORT_STAT_C_ENABLE为1，说明这个端口是从enable状态进入了disable状态。
为什么呢？因为在spec规定了，Hub的端口是不可以直接设置成enable的。通常让Hub端口设置成enable的方法是"reset hub port"，用spec的话说，这叫做发送另一个请求，名为SET_FEATURE。SET_FEATURE和CLEAR_FEATURE是对应的，一个用于设置一个用于清除。 对于PORT_ENABLE，用spec里的话说："This bit may be set only as a result of a SetPortFeature(PORT_RESET) request."PORT_RESET是为Hub定义的众多feature中的一种。
最后提醒一点，2711行至2715行这段if语句仅仅是为了打印调试信息的，也就是说如果端口enable改变了，但是端口连接没有改变，那么就打印信息来通知调试者，不要把clear_port_feature这一行也纳入到if语句里去了。因为端口enable的改变有多种可能，其中一种可能就是由于检测到了disconnection，这种情况，就是我们下面要处理的。
下面这段代码就比较复杂了，电磁干扰都给扯进来了。EMI也就是电磁干扰。就是说有时Hub端口的enable变成disable有可能是由于电磁干扰造成的。这个if条件判断的是：端口被disable了，但是连接没有变化，并且hdev-&children[i]还有值，这就说明明明有子设备连接在端口上，可是端口却被disable了，基本上这种情况就是电磁干扰造成的，否则Hub端口不会有这种举动。那么这种情况就设置connect_change为1。因为接下来我们会看到对于connect_change为1的情况，会专门进行处理，而直白的说法就是，hub_events()其实最重要的任务就是对于端口连接有变化的情况进行处理，或者说进行响应。
再往下，portchange和USB_PORT_STAT_C_SUSPEND相与结果如果为1，表明连在该端口的设备的suspend状态有变化，并且是从suspended状态出来，也就是说resume完成。（别问我为什么，spec就这么规定的，没什么理由）那么首先我们就调用clear_port_feature清掉这个feature。总之这里做的就是对于该端口连了子设备的情况就把子设备唤醒，否则如果端口没有连接子设备，那么就把端口disable掉。
2754行，portchange如果和USB_PORT_STAT_C_OVERCURRENT相与结果为1的话，说明这个端口可能曾经存在电流过大的情况，而现在这种情况不存在了，或者本来不存在而现在存在了。对此我们能做的就是首先清除这个feature。有一种比较特别的情况，如果其他端口电流过大，那么将会导致本端口断电，即Hub上一个端口出现over-current条件将有可能引起Hub上其他端口陷入powered off的状态。不管怎么说，对于over-current的情况我们都把Hub重新上电，执行hub_power_on()。
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采用PDIUSBD12的USB系统固件程序设计
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采用PDIUSBD12的USB系统固件程序设计
摘要：在设计USB系统的过程中，固件程序的编写是非常重要的一个环节，它直接影响到开发产品的数据传输速度。以Phillips公司的USB控制芯睡PDIUSBD12为例，介绍了在设计开发USB外设中。固件的作用以及固件程序的编写流程，并给出了相应程序。
&&& 关键词：USB 固件程序 PDIUSBD12 端点 单片机
USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是现在非常流行的一种快速、双向、廉价、可以进行热插拨的接口，在现在的每一台PC机上都可以找到一对USB接口。在遵循USB1.1规范的基础上，USB接口最高传输速度可达12Mb/ｓ：而在最新的USB2.0规范下,更可以达到480Mｂ／ｓ.同时它可以连接127个USB设备,而且连接的方式也十分灵活,既可以使用串行连接,也可以使用集线器(Hub)把多个设备连接在一起,再同PC机的USB接口相连.此外,它还可以从系统中直接汲取电流,无需单独的供电系统.USB的这些特点使它获得了广泛的应用.但是使用上的方便则意味着开发上的复杂,主要是编程的复杂性大大的增加了.
在设计开发一个USB外设的时候,开发者主要需要编写三部分的程序: ①固件程序;②USB驱动程序;③客户应用程序.本文主要阐述固件程序的编写.
1 固件要完成的主要工作
固件是FIREWARE的对应中文词,它实际上是单片机的程序文件,其编写语言可以采用C语言或是汇编语言.它的操作方式与硬件联系紧密,包括USB设备的连接USB协议、中断处理等，它不是单纯的软件，而是软件和硬件的结合，开发者需要对端口、中断和硬件结构非常熟悉。固件程序一般放入MCU中，当把设备连接到主机上（USB连接线插入插孔）时，上位机可以发现新设备，然后建立连接。因此。编写固件程序的一个最主要的目的就时让Windows可以检测和识别设备。
2 PDIUSBD12芯片特点
PDIUSBD12是一个性能优化的USB器件，通常用于基于微控制器的系统，并通过高速通用并行接口与微控制器进行通信，而且支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，允许使用现存的体系结构使固件投资减到最小。这种灵活性减少了开发时间、风险和成本。该器件使开发成本低且高效的USB外围设备的一种有效途径。PDIUSDB12完全符合USB1.1规范，也能适应大多数设备类规范的设计，如成像类、大容量存储类、通信类、打印类和人工输入设备等。因此，PDIUSBD12非常适合做很多外围设备，如打印机、扫描仪、外部大容量存储器（Zip驱动器）和数码相机等。现在很多用SCSI实现的很多设备如果用USB来实现可以直接降低成本。
PDIUSBD12还集成了SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。所有这些特性都能在系统实现时节省成本，同时在外围设备上很容易实现更高级的USB功能。
3 PDIUSBD12固件程序的编写
USB设备启动流程如下：
（1） USB设备接入USB口，发出连接USB命令；
（2） 主机发出读设备描述符两次；
（3） 主机根据设备描述符――厂商ID、产品ID，启动相应设备驱动程序；
（4） 设备驱动程序初始化USB设备；
①读设备描述符；
②读配置描述符；
③选择接口、端点（管道），确定传输方式。图1 PDIUSBD12测试电路连接图&&& 图1是PDIUSBD12的电路连接图。
USB固件程序程序由三部分组成：①初始化单片机和所有的外围电路（包括PDIUSBD12）；②主循环部分，其任务是可以中断的；③中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。根据USB协议，任何传输都是由主机（Host）开始的。单片机作它的前台工作，等待中断。主机首先要发令牌包给USB设备（这里是PDIUSBD12），PDIUSBD12接收到令牌包后就给单片机发中断。单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBD12的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作。在USB单片机程序中，要完成对各种令牌包的响应，其中比较难处理的是SETUP包，主要是端口0的编程。
单片机与PDIUSBD12的通信主要是靠单片机给PDIUSBD12发命令和数据来实现的。PDIUSBD12的命令字分为三种：初始化命令字、数据流命令字和通用命令字。PDIUSBD12数据手册给出了各种命令的代码和地址。单片机先给PDIUSBD12的命令地址发命令，根据不同命令的要求再发送或读出不同的数据。因此，可以将每种命令做成函数，用函数实现各个命令，以后直接调用函数即可。
下面的程序是处理主机的标准控制请求的一个模板：
unsigned char ENDPOINT_A0_FIFO[8]；
//判断输入的是SETUP请求，并将其读入缓冲区ENDPOINT_A0_FIFO
if((ENDPOINT_A0_FIFO[0] & 0b)==0x00)
if(ENDPOINT_A0_FIFO[1]&=0C)
(*StandardFunctionTable[ENDPOINT_A0_FIFO[1]])();
const void (*StandardFunctionTable[])(void)=
GetSatus,ClearFeature,USB_Reserved,SetFeature,
USB_Reserved,SetAddress,GetDescriptor,SetDescriptor,
GetConfiguration,SetConfiguration,GetInterface,
SetInterface,SynchFrame
USB设备在正常使用以前，必须由主机配置设备。主机一般会从USB设备获取配置信息后再确定此设备有哪些功能。
作为配置操作的一部分，主机会设备设备的配置值，如果必要的话会选择合适的接口备选设备。其初始化函数为：
void D12_int()
{ XmtBuff.pNum=16；
D12_COMMAND=0xf4；//读中断寄存器
ist=D12_DATA;
ist=D12_DATA;
if(ist & 0x01) //ENDP0_OUT
{XmtBuff.out=0;
XmtBuff.in=1;
D12_COMMAND=0x40; //读OUT最后状态
ist=D12_DATA;
if(ist & 0x20)//收到SETUP包
{ Setup_read();
Setup_control();
{ Setup_read();
else if(ist & 0x02)//ENDP0_IN
{ XmtBuff.in=1;
D12_COMMAND=0x41;//读in最后状态
ist=D12_DATA;
USB_submit()；
else if(ist & 0x04)//ENDP1_OUT
{ XmtBuff.out=2;
XmtBuff.in=3;
D12_COMMAND=0x42;//读out最后状态
ist=D12_DATA;
read_out()；
else if(ist & 0x08)//ENDP1_IN
{ XmtBuff.in=3;
D12_COMMAND=0x43;//读in最后状态
ist=D12_DATA;
XmtBuff.b[0]=5;
XmtBuff.wrLength=1;
XmtBuff.p=XmtBuff.b;
USB_submit()；
在发出连接USB命令后，主机先读取设备描述符，然后发出设置USB地址SETUP包，设置USB地址后，进行主机客户驱动与设备初始化。其余端点（ENDPOINT）依此类推。
在其头文件里需定义USB规范中的各种描述符格式，包括设备描述表、配置描述表、接口描述表、端点描述表、字符串描述表以及描述表类型。这样，在发送配置[,接口（1），端点（1），接口（2），端点（2），…，类，厂商等]联合描述表时，主机USBD可以根据描述类型标识区分各种分描述表。
下面是固件程序的主循环部分：
#include&reg51.h&
//指向外部D12访问地址
#define D12_COMMAND(*（unsigned char xdata *）0xff01)
#define D12_DATA (*(unsigned char xdata *)0x7f02)
extern void D12_int();
sbit D12_suspend=P1^0;
sbit D12_int_n=P1^1;
sbit D12_eot_n=P1^2;
sbit D12_DMAck_n=P1^3;
sbit D12_DMAreq=P1^4;
void main(void)
D12_COMMAND=0xf3;
D12_DATA=0x06;//设置模式0
D12_DATA=0x03；//初始化频率12MHz
D12_COMMAND=0xd0；
D12_DATA=0x80;//设置地址0使能
D12_COMMAND=0xf3;//连接主机
D12_DATA=0x16；
{ if(!D12_int_n)
D12_int();
在编写USB的固件程序时，需要注意：
①单片机的中断应设置为电平触发；中断后一定要读上次传输状态寄存器（命令40～45H），以清除中断寄存器中的中断标志。这样，PDIUSBD12的中断输出才能变回高电平，这一点非常重要。
②在接收到Setup包后，一定要调用D8命令重新使能端口0。
③在向IN端写完数据后，一定调用命令FAH，指明缓冲区中的数据有效，可以发送到主机。
④读写数据后，一定调用命令F2H，以保证可以接收新的包。
⑤可以通过调用命令FDH，检查PDIUSBD12是否工作。该命令要读两个字节数据。
固件程序的编程是整个USB外设开发中非常重要的一环，它直接影响到设计开发的产品的数据传输速度。例如，采用不同的传输类型、设置不同的分组大小、是否采用DMA方式、传输缓冲区的大小等都会使得传输速率发生很大的变化。还有在高速情况下的超时处理等，也包含了很多的内容。
总之，在USB技术应用越来越广泛的今天，只有掌握了固件程序的编写，才可能开发出一个好的USB产品。
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