Рубрика «usb» - 16

Последняя часть инфраструктуры USB — хабы. Хотя хабы — отдельные USB-устройства, они достаточно тесно связаны с другими частями инфраструктуры, чтобы спецификация хабов была частью основной спецификации USB, а код поддержки — частью ядра, расположенной в файле bus/usb/hub.inc.

Задачи хабов таковы.

• Хабы предоставляют питание всем подключённым устройствам.
• Хабы оповещают хост о подключении и отключении устройств.
• Хабы делают сброс подключённого устройства, попутно определяя его скорость, по команде с хоста.
• Хабы транслируют весь трафик, приходящий от хоста, подключённым устройствам в период после сброса и до отключения, а также трафик от устройств в обратную сторону.
• HighSpeed-хабы содержат Transaction Translator, связывающий HighSpeed-шину с низкоскоростной USB1-шиной.

Трансляция трафика без переключения скорости происходит полностью прозрачно для хоста. Расщеплёнными транзакциями занимается хост-контроллер EHCI, здесь от софта важно только заполнить те поля в аппаратной части структуры канала, которые содержат адрес TT-хаба и порт в TT-хабе — и, разумеется, учитывать время транзакций при планировании. Драйвер хабов управляет остальными пунктами списка задач.

Хабы имеют код класса устройства 9, код подкласса устройства 0 и три варианта 0, 1, 2 для кода протокола. Согласно спецификации USB, HighSpeed-хаб обязан поддерживать режим работы с единым TT для всех своих портов, и дополнительно может, но не обязан, поддерживать режим работы с отдельным TT для каждого порта. Типичный случай — режим с различными TT отсутствует, тогда код протокола равен 0. В случае поддержки такого режима в данных конфигурации должны быть два варианта дескриптора интерфейса с одинаковым номером интерфейса. Тогда код протокола 1 идентифицирует режим с единым TT, который должен быть принят по умолчанию, а код протокола 2 — режим с различными TT, включаемый командой SET_INTERFACE. Существование в живой природе хабов, поддерживающих режим с различными TT, не подтверждено, как и польза от этого режима, поэтому драйвер хабов даже не пытается его обнаружить и включить и просто использует режим единого TT, включённый по умолчанию.

Обнаружив интерфейс класса 9, уровень логического устройства читает структуру usb_hub_callbacks, содержащую указатели на функции драйвера usb_hub_init и usb_hub_disconnect. Работа драйвера начинается, когда уровень логического устройства вызывает usb_hub_init, и заканчивается, когда уровень поддержки каналов вызывает usb_hub_disconnect в ответ на отключение устройства.
Читать полностью »

Рассказ об уровне взаимодействия с хост-контроллерами растянулся на две статьи и всё равно оставил за кадром некоторые детали — которые, как я надеюсь, заинтересованный читатель может восполнить непосредственно из исходников. Уровень поддержки каналов куда проще и в основном занят тем, что преобразует вызовы API для вышележащих уровней в нужную последовательность действий, включая блокировки, с нужным хост-контроллером.

Открытие канала

Функция USBOpenPipe из API, названная usb_open_pipe в коде pipe.inc, открывает новый канал по указанным характеристикам канала и «родительскому» каналу, где записаны характеристики устройства. Для этого она:

• выделяет пару структур *hci_pipe+usb_pipe, описывающих канал и выравненных на контроллеро-специфичную границу, вызовом контроллеро-специфичной функции usb_hardware_func.AllocPipe;
• выделяет пару структур *hci_gtd+usb_gtd, описывающих пустой дескриптор передачи и выравненных на контроллеро-специфичную границу, вызовом контроллеро-специфичной функции usb_hardware_func.AllocTD;
• заполняет указатели: в структуре канала копирует указатель на структуру контроллера и указатель на данные устройства, общие для всех каналов, из «родительского» канала; между структурой канала и структурой пустого дескриптора заполняет указатели туда-обратно; структуру пустого дескриптора делает единственным элементом двусвязного списка каналов;
• инициализирует мьютекс, который будет охранять все операции с этим каналом. Хотя вся обработка событий от USB-контроллеров происходит в потоке USB, про обращения к API нельзя сказать того же: чтение приложением файла с USB-флешки инициирует постановку передачи — и даже не одной — в очередь в контексте потока приложения. Чтобы новая передача не мешала USB-потоку обрабатывать завершение старой передачи, и нужен этот мьютекс;
• захватывает мьютекс набора каналов устройства и убеждается, что устройство ещё не отключено;
• вызывает контроллеро-специфичную инициализацию usb_hardware_func.InitPipe, охраняемую мьютексом, глобальным для контроллера;
• добавляет новый канал в набор каналов устройства и отпускает мьютекс набора каналов;
• при ошибке на одном из этапов откатывает все предыдущие этапы. Поскольку откатить контроллеро-специфичную инициализацию сложнее всего, она сделана на последнем этапе, после которого ошибок быть не может.

Контроллеро-специфичная инициализация последним действием добавляет новый канал в соответствующий список. Для управляющих каналов, равно как и для каналов массивов данных, есть всего один список, а вот для каналов прерываний нужно ещё выбрать один из нескольких вариантов.

Здесь в игру вступает планировщик scheduler.inc. Он как раз и выбирает один из списков каналов прерываний, а также убеждается, что для нового канала «достаточно места». Я напомню, что в каждом фрейме FullSpeed-шины под периодические передачи нельзя использовать более 90% времени, а в каждом микрофрейме HighSpeed-шины — более 80% времени.

Здесь я должна отметить, что если вы зачем-то пишете реализацию USB, которая должна работать в ваших условиях, на планировщике можно серьёзно сэкономить. Вам придётся в том или ином виде реализовать всё остальное, что описано в этой серии статей, но при отсутствии большой нагрузки можно вместо полного дерева обойтись всего одним списком каналов прерываний, обрабатываемым каждый фрейм/микрофрейм. Чуть более экономная схема, не слишком усложняющая реализацию, — один список каналов для каждого интервала обработки 1, 2, 4, 8, 16, 32 фреймов. Пока не нужно одновременно обрабатывать более одного устройства с большим трафиком на один хост-контроллер, такой подход ничем не уступает полноценному планировщику. Простая схема «сломается» в некоторых специфичных конфигурациях с двумя или более изохронными каналами FullSpeed-устройств или тремя или более изохронными каналами HighSpeed-устройств, но, быть может, никто и не будет запускать вашу реализацию в столь специфичных условиях?

Если же вы пишете реализацию USB, которая должна работать везде и всегда, планировщик вам тоже придётся написать.
Читать полностью »