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基于DWC2的USB驅(qū)動(dòng)開發(fā)-設(shè)備類驅(qū)動(dòng)框架 (qq.com)

一.前言

從軟件頂層，從數(shù)據(jù)流的角度來看USB的通訊，我們可以看到主要有兩類通訊，一類是”控制”相關(guān)，一類是”數(shù)據(jù)流”相關(guān),前者一般通過控制端點(diǎn)0進(jìn)行，而后者通過接口綁定的其他端點(diǎn)進(jìn)行。其實(shí)這是一種常用的通訊設(shè)計(jì)范式，不是USB獨(dú)有，我們在其他自定義應(yīng)用協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)也可以參考。比如ftp協(xié)議，服務(wù)器即使用21命令端口建立連接，其他端口傳輸數(shù)據(jù)，所以可以看到一些設(shè)計(jì)哲學(xué)都是相通的。

至于控制和數(shù)據(jù)流其實(shí)都是一個(gè)邏輯上的通道，管道的概念，不一定要物理區(qū)分。比如我們只有一個(gè)串口，可以定義串口幀，通過幀頭的標(biāo)志區(qū)分，就可以虛擬任意個(gè)邏輯管道。類似的USB設(shè)備的端點(diǎn)和主機(jī)的管道也是同樣的概念。

所以我們一定要有頂層思維模式，抽象思維模式，尤其對于USB復(fù)雜的應(yīng)用層協(xié)議，一定要理清楚其上層邏輯。在驅(qū)動(dòng)編寫時(shí)只有摸清其框架，才能進(jìn)行抽象，才能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的編寫。否則一上來就陷入到具體的設(shè)備的具體的協(xié)議內(nèi)容中很快就會迷失，驅(qū)動(dòng)也會寫的不具備移植性。畢竟每一個(gè)設(shè)備類的規(guī)格書都有100頁以上，這么多設(shè)備，協(xié)議文檔就多如牛毛，更不用說里面涉及的各種細(xì)節(jié)，所以有頂層框架性的理解很重要。比如對于UAC設(shè)備我們不需要一上來就去關(guān)注音量如何設(shè)置，而是先要了解其所有的屬性的操作是否有一定的框架即共性，是否可以抽象為編程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，操作模型。否則雖然能直接根據(jù)手冊，一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)解析，但是結(jié)果是對于每一個(gè)屬性都要這樣單獨(dú)解析，代碼將不具備通用性，且變得很冗余，不可維護(hù)，增加一個(gè)屬性就需要改代碼，這不是驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方式，當(dāng)然一些小型的嵌入式系統(tǒng)沒有驅(qū)動(dòng)層的考慮有可能也會這么直接做，但是那畢竟是特定應(yīng)用場景上的。

這一篇我們就從框架上，對我們后面要實(shí)現(xiàn)的設(shè)備協(xié)議棧進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，主要是考慮好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，和操作模型，至于細(xì)節(jié)后面邊寫驅(qū)動(dòng)，邊調(diào)試設(shè)備，邊修改優(yōu)化。

二.框架設(shè)計(jì)

USB的設(shè)計(jì)初衷就是功能對應(yīng)接口，即一個(gè)功能對應(yīng)一個(gè)接口，接口里綁定端點(diǎn)，注意這里的端點(diǎn)是抽象概念比如終端和單元這些概念，邏輯上是一樣的。

但是隨著應(yīng)用的復(fù)雜化和功能需求的多元化，后面出現(xiàn)了多功能設(shè)備，比如一個(gè)攝像頭有視頻也有音頻既是攝像頭也是喇叭也可能是麥克風(fēng)，那么就需要多個(gè)接口來對應(yīng)多個(gè)功能，于是UBS規(guī)范添加了IAD接口關(guān)聯(lián)描述符來聚合某個(gè)功能的接口。一個(gè)功能也不限制于一個(gè)接口了，也可能有多個(gè)接口，然后一個(gè)設(shè)備也可以有多個(gè)功能。

即由以下簡單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

變?yōu)榱艘韵赂鼜?fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，多了一層IAD做功能聚合對應(yīng)一個(gè)功能，而IAD下面也可以有多個(gè)接口，接口下面有多個(gè)端點(diǎn)，注意這里的端點(diǎn)是抽象的概念，也可能是比如UVC里的終端和單元等。

那么看到上述圖形第一個(gè)想到的概念是什么呢，上述圖形就是一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)，一層鏈接一層。

我們設(shè)備類驅(qū)動(dòng)位于哪一層呢，從上可以看到設(shè)備類即對應(yīng)功能那么就是IAD這一層。

那么我們的設(shè)備類驅(qū)動(dòng)框架就應(yīng)該是上圖改為如下

我們需要

定義驅(qū)動(dòng)層實(shí)例，并提供接口可以綁定類實(shí)例

定義類層實(shí)例，并提供接口可以綁定接口實(shí)例

定義接口層實(shí)例，并提供接口可以綁定端口實(shí)例

定義端口實(shí)例，并提供接口可以綁定屬性實(shí)例

定義屬性實(shí)例，比如音量設(shè)置對應(yīng)的CS，數(shù)據(jù)長度，操作類似是GET還是SET，SET GET回調(diào)等

至此恭喜你已經(jīng)完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架的設(shè)計(jì)，看起來是多么的簡單簡潔，這就是抽象的威力，了解USB協(xié)議頂層邏輯很容易就抽象出該框架，并沒有復(fù)雜的思想和邏輯，也不需要使用復(fù)雜的技術(shù)，要說到技術(shù)那么上面使用一個(gè)單向鏈表足矣。

三.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上面我們對框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，也就是房屋的框架設(shè)計(jì)階段完成了，現(xiàn)在去構(gòu)建各個(gè)構(gòu)建了，比如類模型就可以對應(yīng)各個(gè)功能區(qū)怎么設(shè)計(jì)，比如地下室，停車場怎么設(shè)計(jì)，

接口模型則對應(yīng)具體的功能區(qū)內(nèi)的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，比如停車場如何設(shè)計(jì)自動(dòng)閘門，如何設(shè)計(jì)車位布局，端點(diǎn)模型就對應(yīng)具體車位的設(shè)計(jì)了，比如車位大小，標(biāo)志，附屬充電樁，編號等。

每個(gè)模型對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性和行為可能不同，但是有一點(diǎn)相同即都是通過單向鏈表連接同層實(shí)例，并且指向下一層鏈表。

比如對應(yīng)接口的設(shè)計(jì)

具體設(shè)計(jì)這里就不再講了，每個(gè)人自行設(shè)計(jì)時(shí)考慮，可以后面邊寫驅(qū)動(dòng)邊完善，但是可以肯定的是一定包括以下幾個(gè)元素:

屬性部分

行為部分

指向下一個(gè)同層實(shí)例的指針

指向下一層實(shí)例的鏈表頭指針

比如如下對于設(shè)備類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即包含了上述4部分

/**


* struct usbd_dev_class


* 設(shè)備類節(jié)點(diǎn)


*/


typedef struct usbd_dev_class {


  /* 屬性部分 */


  uint8_t id;                            


  char* name;


  /* 行為部分 */


  void (*init)(void *dwc);


  void (*deinit)(void *dwc);


  void (*setup)(void *dwc, ureq_t setup);


  void (*setitf)(void *dwc, ureq_t setup);


  /* 同級鏈接 */


  struct usbd_dev_class* next;


  /* 下一層鏈接 */


  itf_t *itf_list;


} usbd_dev_class;

四.總結(jié)

以上進(jìn)行了設(shè)備類驅(qū)動(dòng)框架性的設(shè)計(jì)，我們遵循自頂向下的設(shè)計(jì)思路，先設(shè)計(jì)框架，=然后再填充框架，當(dāng)然框架不可能一開始設(shè)計(jì)的就合理，我們后續(xù)實(shí)際調(diào)試具體的設(shè)備時(shí)可能發(fā)現(xiàn)需要修改，我們迭代即可，但是現(xiàn)在開始就需要考慮可擴(kuò)展性，以便將來迭代擴(kuò)展。

審核編輯 黃宇