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基于DWC2的USB驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)-USB包詳解 (qq.com)

前言

http://www.www27dydycom.cn/outside?redirect=https://mp.weixin.qq.com/s/gm5OAutfnYv6H_5Ce8GEqA一文中我們介紹了控制傳輸，中斷相關(guān)寄存器,尤其是DOEPINTn.XferCompl，DOEPINTn.SetUp，DOEPINTn.StsPhseRcvd幾個(gè)狀態(tài)的組合非常重要，因?yàn)橛伤麄兛梢源_定當(dāng)前控制傳輸處于什么階段。前文我們對(duì)此進(jìn)行了介紹，但是個(gè)人覺(jué)得講的還不夠透徹，原理還沒(méi)有講清楚，知其然知其所以然是我們一開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)的，所以針對(duì)這個(gè)幾個(gè)標(biāo)志位我們?cè)俅胃敿?xì)的介紹，先來(lái)介紹最關(guān)鍵的DOEPINTn.SetUp。

DOEPINTn.SetUp

Setup是DOEPINTn寄存器中的一個(gè)標(biāo)志，用于表示Setup階段是否完成。

我們這里可能要問(wèn)DIEPINTn為什么沒(méi)有SetUp標(biāo)志，因?yàn)镾etup總是HOST->DEV的，所以總是OUT傳輸，所以總是對(duì)應(yīng)OUT端點(diǎn)的，IN端點(diǎn)的寄存器不可能有。這里強(qiáng)調(diào)一下我們一定要多問(wèn)為什么，先思考猜測(cè)，然后再?gòu)氖謨?cè)規(guī)格書中查找答案，只有這樣才能加深理解，USB開(kāi)發(fā)中這是很重要的，當(dāng)然任何技術(shù)性的工作這一點(diǎn)都重要。

我們從寄存器的描述中也可以看到，該位表示SetUP階段完成，并且只有控制OUT端點(diǎn)有。

還有個(gè)信息是本次控制傳輸沒(méi)有連續(xù)的SETUP，意味著軟件可以開(kāi)始解析SETUP的8字節(jié)的內(nèi)容以決定下一步要干嘛了。如果有連續(xù)的SETUP則是最后一個(gè)SETUP完成才能進(jìn)行。

那么究竟SETUP完成對(duì)應(yīng)的一個(gè)什么狀態(tài)呢? 硬件是怎么知道SETUP階段完成的呢？ 主機(jī)和設(shè)備判斷SETUP完成有什么區(qū)別嗎? 我們會(huì)拋出一連串問(wèn)題，如果能拋出這些問(wèn)題說(shuō)明你很適合做底層和驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)!

后面我們會(huì)抽絲剝繭，從原理到實(shí)踐，從猜測(cè)到手冊(cè)中求證，一層層剖析。

這里我們要回顧下控制傳輸，

我們從規(guī)格書中的拓?fù)鋱D可以看到，控制傳輸?shù)腟ETUP階段過(guò)程如下

或者換個(gè)表達(dá)方式如下

或者從USB分析儀抓包數(shù)據(jù)來(lái)看，更形象。

SETUP階段對(duì)應(yīng)3個(gè)包:SETUP令牌包；DATA0的數(shù)據(jù)包，始終是HOST->DEV；設(shè)備的響應(yīng)ACK。

這里順便提一下，SETUP的數(shù)據(jù)始終使用DATA0;而設(shè)備要么正常接收并接受ACK，要么接收錯(cuò)誤或者沒(méi)接收到不響應(yīng)，只有這兩種情況，不能接收了不接受而NAK或者STALL等。

這里還順便提一下接收和接受的概念區(qū)別。接收通常指的物理層數(shù)據(jù)正確接收到了，而接受則指的軟件能夠處理，或者說(shuō)愿意處理。 接收了也可能不接受。

這里協(xié)議層面我們可以看到SETUP階段完成的標(biāo)志是，設(shè)備ACK響應(yīng)了。

如下所示

仔細(xì)思考下，這里只是協(xié)議上的定義，也就是對(duì)應(yīng)的總線上的數(shù)據(jù)，至于SETUP完不完成是要由參與者HOST和DEV去確定的，換句話說(shuō)總線上的狀態(tài)并不意味參與者就是這個(gè)狀態(tài)了，因?yàn)閰⑴c者還要正確接收到總線上的數(shù)據(jù)才算。

對(duì)于主機(jī)接收到了設(shè)備發(fā)送的ACK那么主機(jī)認(rèn)為SETUP階段完成，如果設(shè)備發(fā)了ACK但是主機(jī)沒(méi)收到呢？那么主機(jī)認(rèn)為SETUP沒(méi)完成，會(huì)認(rèn)為本次失敗，從頭發(fā)SETUP包重來(lái)。

同樣的對(duì)于設(shè)備來(lái)說(shuō)將ACK發(fā)送到總線上去后，設(shè)備并不知道HOST接收沒(méi)接收到，設(shè)備并不知道主機(jī)的狀態(tài)。所以主機(jī)和設(shè)備對(duì)SETUP完成的狀態(tài)確認(rèn)存在不同步。

那怎么辦呢? 設(shè)備并不知道主機(jī)認(rèn)為SETUP完成了沒(méi)有，因?yàn)樵O(shè)備并不知道主機(jī)收沒(méi)收到ACK。就好比子非魚安知魚之樂(lè)，有點(diǎn)繞了。

其實(shí)也沒(méi)什么辦法，設(shè)備確實(shí)現(xiàn)在不知道主機(jī)是不是認(rèn)為SETUP完成了，但是設(shè)備可以根據(jù)主機(jī)下一步的行動(dòng)來(lái)確定。因?yàn)橹鳈C(jī)如果接收到了ACK，認(rèn)為SETUP完成了那么主機(jī)下一步就會(huì)發(fā)IN或者OUT令牌進(jìn)入數(shù)據(jù)階段(或者狀態(tài)階段)，否則則會(huì)重發(fā)SETUP重新進(jìn)入SETUP階段。

設(shè)備可以據(jù)此來(lái)進(jìn)行判斷，如果收到了主機(jī)的IN或者OUT令牌，則確認(rèn)主機(jī)認(rèn)為SETUP已經(jīng)完成了，于是設(shè)備也知道SETUP完成了，這里設(shè)備和主機(jī)判斷SETUP完成的時(shí)間點(diǎn)是不一樣的，這就是協(xié)議定義和實(shí)際判定存在的區(qū)別。所以對(duì)于協(xié)議設(shè)計(jì)一定要考慮這種區(qū)別，協(xié)議設(shè)計(jì)了要考慮如何實(shí)現(xiàn)，也就一直強(qiáng)調(diào)的理論要結(jié)合實(shí)踐，對(duì)于驅(qū)動(dòng)編寫更需要考慮從這些細(xì)節(jié)。

以上恭喜你從頭開(kāi)始推導(dǎo)出了設(shè)備判斷SETUP完成的原理，那么回到上面的標(biāo)志位DOEPINTn.SetUp即表示SETUP階段完成，DWC2控制也是這么判斷的嗎？所謂英雄所見(jiàn)略同，DWC2控制器還真是這么判斷的。

上面寄存器的描述中只提了該標(biāo)志的含義，并沒(méi)提其具體置位的原理和時(shí)機(jī)，實(shí)際編程指導(dǎo)手冊(cè)中是有說(shuō)明的。

如下位置，手冊(cè)就進(jìn)行了說(shuō)明當(dāng)，SETUP令牌之后，接收到了IN或OUT令牌則置位DOEPINTn.SetU，和我們推導(dǎo)的完全一致。

為什么是IN或OUT呢，因?yàn)榭刂苽鬏斂赡苁强刂茖?，控制讀，還可能無(wú)數(shù)據(jù)階段的控制傳輸，所以后面要不就是IN數(shù)據(jù)或者OUT數(shù)據(jù)或者IN狀態(tài)，如下所示

控制寫

控制讀

無(wú)數(shù)據(jù)階段的控制傳輸

驅(qū)動(dòng)編寫注意事項(xiàng)

從上面可以看到設(shè)備是延遲才能確認(rèn)SETUP完成的，也就是在SETUP后設(shè)備收到了主機(jī)發(fā)的IN和OUT之后才確認(rèn)，中斷也是在此時(shí)產(chǎn)生。

對(duì)于控制寫，上面設(shè)備確認(rèn)SETUP完成產(chǎn)生中斷，中斷服務(wù)函數(shù)開(kāi)始去解析8字節(jié)的SETUP內(nèi)容，來(lái)確定數(shù)據(jù)階段要干嘛，后面數(shù)據(jù)階段是IN還是OUT或者還是沒(méi)有數(shù)據(jù)階段直接狀態(tài)階段，其實(shí)是數(shù)據(jù)階段(狀態(tài)階段)已經(jīng)啟動(dòng)，設(shè)備延遲了。

此時(shí)中斷服務(wù)函數(shù)還未執(zhí)行，軟件還沒(méi)根據(jù)解析準(zhǔn)備IN或者OUT描述符，所以此時(shí)對(duì)于這個(gè)IN或者OUT，硬件只能自動(dòng)NAK，如下所描述:

所以這種情況下，中斷服務(wù)函數(shù)中進(jìn)行了解析，并知道要準(zhǔn)備OUT描述進(jìn)行接收時(shí)，設(shè)置EPEna=1時(shí)還要同時(shí)設(shè)置CNAK=1，清除硬件的自動(dòng)NAK狀態(tài)，讓硬件根據(jù)OUT描述符去接收數(shù)據(jù)。

對(duì)于控制讀后面是IN數(shù)據(jù)階段，或者無(wú)數(shù)據(jù)階段的控制傳輸后面是IN狀態(tài)，也是類似的。

總結(jié)

以上對(duì)DOEPINTn.SetUp進(jìn)行了詳細(xì)的解析，因?yàn)樗匾?，SETUP階段是控制傳輸?shù)暮诵?，因?yàn)橹挥蠸ETUP完成才能去解析8字節(jié)的內(nèi)容，才能決定后續(xù)干嘛，對(duì)于驅(qū)動(dòng)編寫接收到8字節(jié)的SETUP數(shù)據(jù)是第一個(gè)關(guān)鍵步。以上也可以看出一定要從原理上去理解，這也是驅(qū)動(dòng)編寫的重要原則，必須知其然知其所以然，精確的知道各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)時(shí)間，以及其條件等，注意精確兩個(gè)字。

審核編輯：湯梓紅