FreeBSD 系统结构手册
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# 13.2 主控器

主控器（HC）控制总线上包的传输。使用1毫秒的帧。在每帧开始 时，主控器产生一个帧开始（SOF, Start of Frame）包。

SOF包用于同步帧的开始和跟踪帧的数目。包在帧中被传输，或由host 到设备（out），或由设备到host（in）。传输总是由host发起（轮询传输）。 因此每条USB总线只能有一个host。每个包的传输都有一个状态阶段， 数据接收者可以在其中返回ACK（应答接收），NAK（重试），STALL（错误 条件）或什么也没有（混乱数据阶段，设备不可用或已断开）。USB规范 USB specification的第8.5节更详细地解释了包的细节。USB总线 上可以出现四中不同类型的传输：控制(control)， 大块(bulk)， 中断 (interrupt)和同步(isochronous)。传输的类型和他们的特性在下面 描述（`管道'子节中）。

USB总线上的设备和设备驱动程序间的大型传输被主控器或HC 驱动程序分割为多个包。

到默认端点的设备请求（控制传输）有些特殊。它们由两或三个阶段 组成：启动（SETUP），数据（DATA，可选）和状态（STATUS）。设置（set-up） 包被发送到设备。如果存在数据阶段，数据包的方向在设置包中给出。 状态阶段中的方向与数据阶段期间的方向相反，或者当没有数据阶段时 为IN。主控器硬件也提供寄存器，用于保存根端口的当前状态和自从 状态改变寄存器最后一次复位以来所发生的改变。USB规范[2]建议使用一个 虚拟hub来提供对这些寄存器的访问。虚拟hub必须符合规范第11章中给出的 hub设备类。它必须提供一个默认管道使得设备请求可以发送给它。它返回 标准和hub类特定的一组描述符。它也应当提供一个中断管道用来报告其 端口发生的变化。当前可用的主控器规范有两个： 通用主控器接口（UHCI；英特尔）和 开放主控器接口（OHCI；康柏，微软，国家半导体）。 UHCI规范的设计通过要求主控器驱动程序为每帧的传输提供完整的调度， 从而减少了硬件复杂性。OHCI类型的控制器自身提供一个更抽象的接口来 完成很多工作，从而更加独立。

## 13.2.1 UHCI

UHCI主控器维护着带有1024个指向每帧数据结构的帧列表。 它理解两种不同的数据类型：传输描述符（TD）和队列头（QH）。每个 TD表示表示与设备端点进行通信的一个包。QH是将一些TD（和QH）划分 成组的一种方法。

每个传输由一个或多个包组成。UHCI驱动程序将大的传输分割成 多个包。除同步传输外，每个传输都会分配一个QH。对于每种类型的 传输，都有一个与此类型对应的QH，所有这些QH都会被集中到这个QH上。 由于有固定的时延需求，同步传输必须首先执行，它是通过帧列表中的 指针直接引用的。最后的同步TD传输引用那一帧的中断传输的QH。中断 传输的所有QH指向控制传输的QH，控制传输的QH又指向大块传输的QH。 下面的图表给出了一个图形概览：

这导致下面的调度会在每帧中运行。控制器从帧列表中取得当前帧 的指针后，首先为那一帧中的所有的同步(isochronous)包执行TD。 这些TD的最后一个 引用那一帧的中断传输的QH。然后主控器将从那个QH下行到各个 中断传输的QH。完成那一队列后，中断传输的QH会将控制器指向到所有 控制传输的QH。它将执行在那儿等待调度的所有子队列，然后是在大块QH中 排队的所有传输。为了方便处理已完成或失败的传输，硬件会在每帧末尾 产生不同类型的中断。在传输的最后一个TD中，HC驱动程序设置 Interrupt-On-Completion位来标记传输完成时的一个中断。如果TD达到了 其最大错误数，就标记错误中断。如果在TD中设置短包侦测位，且传输了 小于所设置的包长度（的包），就会标记此中断以通知控制器驱动程序传输 已完成。找出哪个传输已完成或产生错误是主控器驱动程序的任务。 当中断服务例程被调用时，它将定位所有已完成的传输并调用它们的回调。

更详尽的描述请看 UHCI specification。

## 13.2.2 OHCI

对OHCI主控器进行编程要容易得多。控制器假设有一组端点(endpoint)可用， 并知道帧中不同传输类型的调度优先级和排序。主控器使用的主要 数据结构是端点描述符（ED），它上面连接着一个传输描述符（TD）的队列。 ED包含端点所允许的最大的包大小，控制器硬件完成包的分割。每次传输 后都会更新指向数据缓冲区的指针，当起始和终止指针相等时，TD就退归 到完成队列(done-queue)。四种类型的端点各有其自己的队列。控制和 大块(bulk)端点分别在它们自己的队列排队。中断ED在树中排队，在树中的深度 定义了它们运行的频度。

帧列表 中断 同步(isochronous) 控制 大块(bulk)

主控器在每帧中运行的调度看起来如下。控制器首先运行非 周期性控制和大块队列，最长可到HC驱动程序设置的一个时间限制。 然后以帧编号低5位作为中断ED树上深度为0的那一层中的索引，运行 那个帧编号的中断传输。在这个树的末尾，同步ED被连接，并随后被 遍历。同步TD包含了传输应当运行其中的第一个帧的帧编号。所有周期 性的传输运行过以后，控制和大块队列再次被遍历。中断服务例程会被 周期性地调用，来处理完成的队列，为每个传输调用回调，并重新调度 中断和同步端点。

更详尽的描述请看 OHCI specification。服务层，即中间层，提供了以可控的方式 对设备进行访问，并维护着由不同驱动程序和服务层所使用的资源。 此层处理下面几方面：

- 设备配置信息

- 与设备进行通信的管道

- 探测和连接设备，以及从设备分离(detach)。

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