STEP_BY_STEP开发DWC2的主机驱动程序-连接和断开详解以及驱动开发

原创 嵌入式Lee 2024-06-09 08:01

一. 前言

从一篇开始,我们将分享STEP BY STEP0开始基于DWC2实现主机驱动,本篇先介绍初始化,连接与断开连接的实现。

以下文件参考【REF1】和【REF2】指的

  REF1】指DWC_otg_databook.pdf

  REF2】指DesignWare Cores USB 2.0 Hi-Speed On-The Go (OTG) Programming Guide.pdf

二. 详细过程

2.1 OTG_MODE

GHWCFG2寄存器的bit[2:0]OtgMode,可以查看IP配置的模式.该寄存器的偏移地址是0x48.

我们这里查看到的模式是2,即不支持HNPSRPOTG模式,

“3'b010: Non-HNP and Non-SRP Capable OTG (Host and Device)”.

实际不支持主机协商协议,算不上真正的支持OTG,确切的说法应该是支持USB主机或者USB设备

2.2配置为主机模式

由于我们的模式是OTG_MODE=2,所以要么工作在HOST要么工作在DEVICE,不能动态OTG协商,所以我们的SOC也没有引出ID引脚。

GUSBCFG(偏移0x0C)寄存器的ForceDevMode(bit30)ForceHstMode(bit29)分别置1,即强制配置为设备或者主机模式。

需要注意的是, 配置对应的位之后至少要等25mS完成生效。如果使能了仿真加速模式(如何使能由具体的SOC提供)则只需要等待500uS。所以这里编程时需要注意。

一个典型的BUG或者不健壮的驱动编写就是等待时间不够,或者未确认进入HOST模式,就进行后续初始化,此时操作HOST相关寄存器会产生ModeMis事件(GINTSTS.ModeMis bit1),并且这些操作行为是不正常的会导致功能异常。顺带提一句嵌入式开发中一个比较常见的BUG或者导致系统不健壮的行为就是做一件事情不进行确认! 进行软复位,配置,状态切换等等最好都按照规格书进行状态确认。这种问题往往存在随机性,很可能难以测试出来。

那么如何确认是否进入了HOST模式呢,GINTSTS寄存器的bit0,CurMod1则表示进入了HOST模式,所以也可以不固定为等25mS,而是查询等待GINTSTS.CurMod1.

所以配置为主机模式的代码如下,这里还配置了接口是使用ULPI还是UTMI

  /* 全局配置     * 配置为主机模式     * 选择ULPI还是UTMI接口     * force host之后必须等待25ms以上,等待转为host      * [REF1] P346 在修改了GUSBCFG寄存器PHY相关的配置后需要进行软复位,所以以下部分放在复位前     * Typically software reset is used during software development     * and also when you dynamically change the PHY selection     * bits in the USB configuration registers listed above.     */    tmp = USB_OTG_READ_REG(CFG_GUSBCFG_ADDR);    tmp |= FORCEHSTMODE_MASK;      /* Force为主机模式 */    tmp &= ~PHYSEL_MASK;           /* bit6-1'b0: USB 2.0 high-speed UTMI+ or ULPI PHY      */#if 0 /* 使用ULPI */    tmp |= ULPI_UTMI_SEL_MASK;     /* bit4-ULPI_UTMI_SEL_RANGE 1:ULPI */    tmp &= ~PHYIF_MASK;            /* bit3-PHYIF_RANGE   8bit */#else /* 使用UTMI */    tmp &= ~ULPI_UTMI_SEL_MASK;    /* bit4-ULPI_UTMI_SEL_RANGE 0:UTMI+      */    tmp |= PHYIF_MASK;             /* bit3-PHYIF_RANGE    phy 16bitx */#endif    USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GUSBCFG_ADDR,tmp);    //timer_delay_ms(25);   /* 可以固定等待25mS,或者直接查询等待进入HOST模式 */    while((USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR) & CURMODSTS_MASK) == 0);

作为驱动开发一定要每个细节都掌握,我们实际还应该测试下到底需要多久才转为HOST模式。

USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GUSBCFG_ADDR,tmp);    USBH_INFO_LOG(("force host:%d\r\n",timer_get_time()));    //timer_delay_ms(25);   /* 可以固定等待25mS,或者直接查询等待进入HOST模式 */    while((USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR) & CURMODSTS_MASK) == 0);    USBH_INFO_LOG(("enter host:%d\r\n",timer_get_time()));

打印如下,这里单位是uS,所以看到14095uS-6256uS不到8mS即进入了HOST,所以可以看出手册一般都会留有比较大的裕度的。作为嵌入式开发尤其是驱动开发就要了解每一个细节,如果要求快启动,那么这里就是一个优化点,也就是没有必要等25mS,可以查询进入HOST之后即可,那么25-8mS就可以节省17mS的启动时间,这是相当可观的。

2.3连接事件

参考REF2P67  3.2 Host Connection

流程如下

所以要先使能中断

使能全局中断:GAHBCFG寄存器(偏移0x08)bit0 GlblIntrMsk1

然后使能对应的中断类型:GINTMSK寄存器(偏移0x18)

ConIDStsChngMsk(bit28)置位,ID状态改变中断

PrtIntMsk(bit24)置位,即端口相关中断

相关代码如下

    /* 1. Program GINTMSK.PrtInt to unmask.     * 使能主机端口状态改变总中断     * GINTMSK.PrtIntMsk(bit[24])=1 unmask      */    tmp = USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTMSK_ADDR);    tmp |= PRTINTMSK_MASK;    tmp |= DISCONNINTMSK_MASK;         tmp |= CONLDSTSCHNGMSK_MASK;    USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GINTMSK_ADDR,tmp);

2.4断开事件

参考REF2P67  3.3 Host Disconnection

流程如下

如果设备直接拔出的断连:产生GINTSTS.DisconnIntGINTSTS.ConIDStsChng两个中断

设备不拔出的断连:只有一个GINTSTS.DisconnInt中断.

中断使能,在上面连接配置相关中断使能的基础上,配置GINTMSK寄存器(偏移0x18)DisconnIntMsk(bit29)置位使能断开中断。代码见前面连接事件部分。

2.5初始化代码

参考REF2 P66 3.1 Host Initialization

这里先到1234步,详细过程参考2.8小节。

2.6中断处理

先暂时只打印出对应的事件方便调试,后面需要实现程序框架的事件处理。

static uint32_t usbh_isr_handler(uint32_t vector, uint32_t arg){    (void)vector;    (void)arg;    uint32_t intsts;    uint32_t hprt;    intsts = USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR) & USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTMSK_ADDR);    hprt = USB_OTG_READ_REG(CFG_HPRT_ADDR);    USBH_INFO_LOG(("intsts:%#x,prtint:%#x\r\n",USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR),hprt));
    if((intsts & PRTINT_MASK) != 0)    {        if((hprt & PRTCONNDET_MASK) != 0)        {            int speed;            speed = (hprt&PRTSPD_MASK)>>PRTSPD_OFFSET;            if(speed == 0)            {                s_subh_dev.speed = USBH_SPEED_HIGH;            }            else if(speed == 1)            {                s_subh_dev.speed = USBH_SPEED_FULL;              }            else            {                s_subh_dev.speed = USBH_SPEED_LOW;              }            USBH_INFO_LOG(("connect:%d\r\n",speed));        }
        /* 标志位都是W1C,所以写读出来的值即清除所有中断标志 */        USB_OTG_WRITE_REG(CFG_HPRT_ADDR,hprt);    }
    if((intsts & DISCONNINT_MASK) != 0)    {        /* 断开连接,CONLDSTSCHNG_MASK也产生则是直接拔出,否则是未拔出断连 */        USBH_INFO_LOG(("disconnect\r\n"));    }
    if((intsts & CONLDSTSCHNG_MASK) != 0)    {        /* 直接拔出设备的断开连接 */        USBH_INFO_LOG(("Connector ID Status Change\r\n"));    }
    USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GINTSTS_ADDR,intsts);    return 0;}

2.7连接断开事件的测试

测试时可以使用一个设备,也可以使用一个1.5K电阻上拉到3.3V,然后分别接DPDM,接和断开看是否监测到连接和断开。

我这里打印如如下:

未接设备,程序运行打印如下

插入设备打印如下

拔出设备打印如下

看到使能中断后立即就进入了

Connector ID Status Change中断,然后进入HOST后又进入了一次Connector ID Status Change中断,如下所示,第二次进入可以通过intsts:54000020变为intsts:5400002b确认。但是此时intsts:5400002bbit1 ModeMis也置位了。

core init:

force host:6241

enter host:14080

init intsts:54000020,prtint:0

intsts:54000020,prtint:0

Connector ID Status Change

intsts:5400002b,prtint:1000

Connector ID Status Change

复位后打印intsts初始值,也可以看到是init intsts:54000020

ConIDStsChng是置位的

    usbh_core_reset();    USBH_INFO_LOG(("init intsts:%#x,prtint:%#x\r\n",USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR),USB_OTG_READ_REG(CFG_HPRT_ADDR)));

所以在使能中断前先清中断,此时就只有使能HOST时一次Connector ID Status Change中断了

USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GINTSTS_ADDR,USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR)); /* W1C写1清零 使能中断前先清中断,避免后面一使能中断就进入Connector ID Status Change中断 */
    /*     * 后续1234步骤,参考【REF2】 P66 3.1 Host Initialization     */    /* 1. Program GINTMSK.PrtInt to unmask.     * 使能主机端口状态改变总中断     * GINTMSK.PrtIntMsk(bit[24])=1 unmask      */    tmp = USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTMSK_ADDR);    tmp |= PRTINTMSK_MASK;    tmp |= DISCONNINTMSK_MASK;         tmp |= CONLDSTSCHNGMSK_MASK;    USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GINTMSK_ADDR,tmp);

再来测试,此时就只有一次进入Connector ID Status Change中断了。

core init:

force host:6243

enter host:14082

init intsts:54000020,prtint:0

intsts:1400002b,prtint:1000

Connector ID Status Change

但是这里有个问题,还是有ModeMis标志

看我们的代码怀疑是reset导致,intstsCurMod清除了。

所以加个reset前后的intsts打印看一下

确实如我们所猜测,复位前后intsts54000029变为了54000020

core init:

force host:6235

enter host:14073

before reset intsts:54000029,prtint:0

after reset intsts:54000020,prtint:0

intsts:1400002b,prtint:1000

Connector ID Status Change

所以复位后还是需要等待它重新变为host,因为FORCEHSTMODE不会被复位。

usbh_core_reset();
    /* 复位之后INTSTS的bit0会被清零,变为了非HOST模式,必须重新等待进入HOST模式,因为ForceHstMode不会被清零 */    USBH_INFO_LOG(("wait host:%d\r\n",timer_get_time()));    while((USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR) & CURMODSTS_MASK) == 0);    USBH_INFO_LOG(("enter host:%d\r\n",timer_get_time()));
    USBH_INFO_LOG(("after reset intsts:%#x,prtint:%#x\r\n",USB_OTG_READ_REG(CFG_GINTSTS_ADDR),USB_OTG_READ_REG(CFG_HPRT_ADDR)));

此时测试,就正常了。

Reset Cause:0

Boot reason:POR

core init:

force host:6250

enter host:14089

before reset intsts:54000029,prtint:0

wait host:14636

enter host:24410

after reset intsts:54000029,prtint:0

注意先使用电阻上拉来测试,

开始就使用转接头接设备进行测试,可能转接头线序不对导致问题,浪费调试时间。

比如我手里的一个转接头,接线如下,接的GNDIDDMDP,但是没接VBUS,那么此时接上没有自供电的设备,比如鼠标等设备就不能工作。


修改后如下,接GNDDMDPVBUSID未用(我们Forece)不接。

2.8初始化过程框图

再整理下初始化过程如下,注意红色框部分要特别注意。

三. 总结

以上仅实现了连接也断开连接的检测,后面我们还需要完善驱动架构,采用基于状态机和事件的处理方式实现各种状态的转换。并提供给用户必要的接口,比如注册事件事件回调等。

下面一些需要注意的地方总结下:

1.注意测试断开连接时,如果使用转接头,注意确认转接头的线序。最好是先使用1.5K电阻上拉到3.3V,然后接DP然后断开测试全速/高速连接与断开,接DM然后断开测试低速连接与断开。

2.ForceHstMode之后要等待其确认进入HOST模式才能继续操作。为了优化速率可以查询等待查询到进入HOST即可,而不比按照规格书等25mS以上。

3.CSftRst会导致INTSTS的状态清除,bit0CurMod状态清除又变回了默认的DEVICE模式,所以此时需要重新等待进入HOST模式,否则继续操作HOST相关寄存器会进入MisMatch。因为ForceHstMode是不会被CSftRst清除的,所以硬件会自动重新进入HOSTIBTSTSbit0会重新置位。

4.使能中断前,先清除中断标志,避免已开始就进入不需要的中断。







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