Хост-контроллер (HC) управляет передачей пакетов по шине.
Использовались кадры в 1 миллисекунду. В начале каждого кадра
хост-контроллер генерирует пакет начала кадра (SOF - Start of
Frame).
Пакет SOF используется для синхронизации начала кадра и
отслеживания количества кадров. Пакеты передаются с каждым
кадром, как от хоста к устройству (исходящие), так и от
устройства к хосту (входящие). Передачи всегда инициируются
хостом (запрошенные передачи). В силу этого может быть только
один хост на шине USB. Каждая передача пакета имеет период
статуса, в котором сторона, принимающая данные, может
возвратить ACK (подтверждение приема), NAK (повтор), STALL
(условная ошибка) или ничего (потерянный период данных,
недоступное устройсто или отсоединение). Раздел 8.5 Спецификации USB детально описывает пакеты. На
шине USB могут произойти четыре различных типа передач:
управляющая, основная, прерывание и изохронная. Типы передач
и их характеристики описаны ниже (подраздел `Каналы').
Передачи больших объемов данных между устройством на шине
USB и драйвером устройства делятся на множество пакетов
хост-контроллером или драйвером HC.
Запросы устройства (управляющие передачи) к конечных
точкам, используемым по умолчанию, являются специальными. Они
состоят из двух или трех фаз: SETUP, DATA (oпциональная) и
STATUS. Начтроечный пакет посылается устройству. Если есть
фаза данных, то направление пакетов (или пакета) данных
дается в настроечном пакете. Направление в фазе статуса
противоположно направлению во время фазы данных. или IN если
не было фазы данных. Оборудование хост-контроллера также дает
регистры с текущим статусом корневых портов и изменений,
которые случились с момента последнего сброса регистра
изменения статуса. Доступ к этим регистрам дается через
виртуализированных разветвитель, как и предполагается по
спецификации USB [ 2]. Виртуальный разветвитель должен
работать вместе с классом устройств-разветвителей, который
описывается в 11 главе той спецификации. Он должен давать
канал, испольщуемый по умолчанию, через который запросы
устройств могут ему посылаться. Он возвращает набор
дескрипторов, стандартных и специфичных для класса
разветвителя. Он должен также давать канал прерываний,
который сообщает об изменениях, произошедших на его портах.
На данный момент для хост-контроллеров существуют две
спецификации: Universal Host Controller Interface (UHCI; Intel)
и Open Host Controller Interface (OHCI;
Compaq, Microsoft, National Semiconductor). Спецификация UHCI
разработана для уменьшения аппаратной сложности, требуя от
драйвера хост-контроллера поддержки полного распределения
передач для каждого кадра. Контроллеры типа OHCI гораздо
более независимы, и дают более абстрактный интерфейс,
выполняя много работы самостоятельно.
Хост-контроллер UHCI отслеживает список кадров с 1024
указателями на структуры данных, соответствующих отдельному
фрейму. Он понимает два различных типа данных: описатели
передач (TD - transfer descriptor) и начала очереди (QH -
queue heads). Каждый TD представляет пакет, связывающий от
или в конечную точку устройства. QH имеют смысл для
объединения TD (и QH) вместе.
Каждая передача состоит из одного или большего
количества пакетов. Драйвер UHCI разделяет большие объемы
передач на множество пакетов. Для каждой передачи, за
исключением изохронных передач, формируется QH. Для каждого
типа передачи эти QH объединяютсяв QH для этого типа.
Изохронные передачи выпоняются в первую очередь из-за
фиксированных требований к устойчивости и непосредственно
ссылается по указателю на список кадров. Последний
изохронный TD ссылается на QH для передачи прерываний для
этого кадра. Все QH для передач прерываний указывают на QH
для управляюших передач, которые, в свою очередь, указывают
на QH для основных передач. Следующая диаграмма дает
графическое представление этого:
Это приводит к следующему сценарию, запускаемому в
каждом кадре. После получения указателя на текущий кадр из
списка кадров контроллер сначала выполняет TD для всех
изохронных пакетов в этом кадре. Последний из этих TD
ссылается на QH для передач прерываний для этого кадра.
Хост-контроллер затем спускается от этого QH к QH для
отдельных передач прерываний. После завершения работы этой
очереди QH для прерванных передач будет отсылать контроллер
на QH для всех управляющих передач. Он будет выполнять все
подочереди, здесь запланированные, за которыми следуют все
передачи, поставленные в очередь в массовые QH. Для
облегчения обработки законченных или завершившися неудачно
передач аппаратурой генерирубтся различные типы прерываний
в конце каждого кадра. В последнем TD для передачи бит
Interrupt-On Completion (прерывание при завершении)
устанавливается драйвером HC для вызова прерывания после
окончания передачи. Прерывание ошибки устанавливается, если
TD достиг своего максимального количества ошибок. Если в TD
установлен бит обнаружения короткого пакета, и передается
пакет, размером меньшим, чем установлено, устанавливается
это прерывание для оповещения драйвера контроллера о
завершении передачи. Задачей драйвера хост-контроллера
является нахождение того, какая передача была завершена или
выдача ошибки. При вызове прерывания вспомогательная
подпрограмма найдет все завершенные передачи и вызовет их
подпрограммы.
Более детальное описание находится в спецификации на UHCI.
Программирование хост-контроллера OHCI гораздо проще.
Контроллер полагает, что имеется набор конечных точек, и
заботится о планировании приоритетов и порядке следования
типов передач в кадре. Основной структурой данных,
используемой хост-контроллером, является описатель конечной
точки (Endpoint Descriptor - ED), которому назначается
очередь описателей передач (Transfer Descriptors - TD). ED
хранит максимальный размер пакета, разрешенный для конечной
точки, а аппаратура контроллера выполняет разбиение на
пакеты. Указатели на буферы данных обновляются после каждой
передачи, и когда начальный и конечный указатели совпадут,
TD отбрасывается в очередь выполненного. Четыре типа
конечных точек имеют свои собственные очереди. Управляющие
и обычные конечные точки ставятся каждая в свою собственную
очередь. ED прерываний ставятся в очередь в дерево, с
уровнем в дереве, задающим частоту, с которой они
выполняются.
framelist interruptisochronous control bulk
Распределение, выполняемое хост-контроллером в каждом
кадре, имеет следующий вид. Контроллер сначала выполняет
очереди непериодичного управления и обычную очередь, до
момента времени, устанавливаемого драйвером HC. Затем
выполняются прерванные передачи для этого количества
кадров, используя младшие пять бит номера кадра в качестве
индекса в уровне 0 дерева прерываний ED. В конце этого
дерева подключаются изохронные ED и они выполняются
последовательно. Изохронные TD содержат номер первого
кадра, с которого должна начаться передача. После
выполнения всех периодических передач, снова обрабатываются
управляющая и обычная очереди. Периодически вызывается
подпрограмма обслуживания прерываний для обработки очереди
выполненного и вызова соответствующих функций для каждой
передачи и перепланирования изохронных конечных точек и
прерываний.
Более детальное описание есть в спецификации OHCI. Средний уровень услуг
дает доступ к устройству в смысле управления и отслеживает
ресурсы, используемые различными драйверами и уровнями
услуг. Уровень отвечает за следующие вопросы:
-
Информация о настройке устройства
-
Каналы коммуникаций с устройством
-
Распознавание, подключение и отключение от
устройства.
