Linux那些事儿之我是EHCI(1) 接口体系

EHCI首先是一个PCI设备，我们可以lspci一下看看。

00:1a:7 USB Controller: Intel Corporation USB2 EHCI Controller #1 (rev 03) 

我们与外围硬件打交道，可以把数据用in(out)指令传递给外围硬件，还可以把数据传输到cpu和外围硬件共享的内存里面去。这些都是计算机与硬件的接口。（参见ldd3 第9章）

那么我们的程序如何与EHCI联系，交流呢？EHCI定义了三个接口空间。如图

作为一个程序员，我们关心的是如何在代码中读/写这些地方的内容。概念性的东西肯定是LDD3写的最好，我就不赘述了。

1）pci configuration space.  (ldd3 第12章)

由于EHCI是一个PCI设备，这里用于系统组件枚举和PCI的电源管理。

以x86为例，读取PCI总线套路是这样的。我们要读取PCI总线上地址为add，长度为4个字节的内容。

                outl(add, 0xcf8); // 先把add的out到地址为0xcf8的地方

                value = inl(0xcfc); // 然后再读取0xcfc的内容

网上找到了一段程序，大家可以试验一下。

/**//* name: pci.c  */
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <sys/io.h>

#define IO_PORTS1         1       /* ioport <= 0x3ff */
#define IO_PORTS2         2       /* ioport >0x3ff && ioport < 0xffff */
#define IO_PERMOFF        0
#define IO_PERMON         1 
#define IO_PERMON2        3

#define RW_DELAY    10000 /*delay 100000 microseconds for reading and writing I/O ports. */
#ifndef BOOL
typedef unsigned char BOOL;
#endif

#ifndef BYTE
typedef unsigned char   BYTE;
#endif

#ifndef DWORD
typedef unsigned long   DWORD;
#endif

#ifndef INT
typedef unsigned int INT;
#endif

#ifndef ULONG
typedef unsigned long   ULONG;
#endif

#ifndef WORD
typedef unsigned short  WORD;
#endif
/**//*
** Function : Write the value of the specified I/O port by giving the length and the
**            starting address.
** Parameter: PortAddr: the port address
**            PortVal : the value to set
**            size    : size = 1 for reading 1 byte, 2 for word, 4 for double words
** Return   : 1 returned if success, or  0  returned
*/
BOOL SetPortVal(WORD PortAddr, DWORD PortVal, BYTE size)
...{
    BOOL  Ret     = 0;
    INT   tmpRet  = 0;
    ULONG numperm = 1;
    INT privilege = 0;
    assert(PortAddr>0);
    if(PortAddr <=0x3ff)
    ...{
        tmpRet = ioperm((ULONG)PortAddr, numperm, IO_PERMON);
        privilege = IO_PORTS1;
    }
    else if( PortAddr > 0x3ff) 
    ...{
        tmpRet = iopl(IO_PERMON2);
        privilege = IO_PORTS2;
    }
    else
        return Ret;
    if(tmpRet<0)
    ...{
        fprintf(stderr, "can't set the io port permission for setting ! ");
        return Ret;
    }
    else
    ...{
        switch(size)
        ...{
            case 1: /**//*write one byte to the port */
                outb(PortVal, PortAddr);
                break;
           case 2: /**//*write one word to the port */
                outw(PortVal, PortAddr);
                break;
            case 4: /**//*write double words to the port */
                outl(PortVal, PortAddr);
                break;
            default:
                Ret = 0;
                break;
        }
        usleep(RW_DELAY);
        Ret = 1;
    }
    if( privilege == IO_PORTS1 )
        ioperm((ULONG)PortAddr, numperm, IO_PERMOFF);
    else if(privilege == IO_PORTS2 )
        iopl(IO_PERMOFF);
    return Ret;
}

/**//*
** Function : Read the value of the specified I/O port by giving the lenght and the 
**            starting address.
** Parameter: PortAddr : the port address
**            PortVal  : value from port
**            size     : size = 1 for reading 1 byte, 2 for word, 4 for double words
** Return   : 1 returned if success, or 0 returned. 
*/
BOOL GetPortVal(WORD PortAddr, DWORD * PortVal, BYTE size)
...{
    BOOL  Ret     = 0;
    int   tmpRet  = 0;
    unsigned long numperm = 1;
    int privilege = 0; 
    assert(PortAddr>0);
    assert(PortVal!=NULL);
    if(PortAddr <=0x3ff)
    ...{
        tmpRet = ioperm((unsigned long)PortAddr, numperm, IO_PERMON);
        privilege = IO_PORTS1;
    }
    else if( PortAddr > 0x3ff) 
    ...{
        tmpRet = iopl(IO_PERMON2);
        privilege = IO_PORTS2;
    }
    else
        return Ret;
    if(tmpRet<0)
    ...{
        fprintf(stderr, "can't set the io port permission for reading ! ");
        return Ret;
    }
    else
    ...{
        switch(size)
        ...{
            case 1: /**//*read one byte from the port */
                *PortVal = inb(PortAddr);
                break;
            case 2: /**//*read one word from the port */
                *PortVal = inw(PortAddr);
                break;
            case 4: /**//*read double words from the port */
                *PortVal = inl(PortAddr);
                break;
            default:
                Ret = 0;
                break;
        }
        usleep(RW_DELAY); 
        Ret = 1;
    }

    if( privilege == IO_PORTS1 )
        ioperm( (unsigned long)PortAddr, numperm, IO_PERMOFF );
    else if( privilege == IO_PORTS2 )
        iopl(IO_PERMOFF);
        return Ret;
}

int main (int argc, char * argv[])
...{
    WORD add_port = 0xcf8;
    WORD data_port = 0xcfc;
    DWORD addr = 0x80000000;
    DWORD port_value;     
    BYTE size = 4;
    int input;
    printf("Please select the option number as follow: ");
    printf("1--bus 0:dev:0 fun:0 as address 0x80000000 ");
    printf("2--bus 0:dev:1 fun:0 as address 0x80000800 ");
    printf("3--input your own defined address value: ");
    scanf("%d",&input);
    switch(input)
    ...{
           case 1:
                  addr=0x80000000;
                  break;
           case 2:
                  addr=0x80000800;
                  break;
           case 3:
                  printf("please input the 32 bits address in Hex format(such as 80007800): ");
                  scanf ("%x", &addr);
    break;
           default:
                  printf("input invalid option num, exit program. ");
                  return -1;
    }
    printf ("The addr is :%X ", addr);
    printf ("The add_port is : %X ", add_port); 
    printf ("The data_port is : %X ", data_port);
    if (SetPortVal(add_port, addr, size))      
    ...{
           if (GetPortVal(data_port, &port_value, size))
           ...{
                  printf("port value is :%08X ", port_value);
                  return 0;
           }
    }
    return -1; 
}

打印出来的内容与(1)用lspci -xxx 命令输出；(2)EHCI spec 2.1章的内容对照一下。

好了，现在问题是我们怎么知道PCI总线上EHCI的地址add。lspci可以看到所有PCI设备的地址。首先，EHCI不管有没有驱动，它这个PCI设备在PCI总线枚举时就被探测到了，这时候它就被分配了地址。每个PCI 外设有一个总线号, 一个设备号, 一个功能号标识号。比如00:1a:7，00总线号，1a设备号，7功能号。这些个号组成了独一无二的ID。ID和地址的转换关系是这样的：

我们只要ID，就知道了外设的地址，然后就可以读写PCI寄存器的内容。另外可以看看

pci_read()，pci_write()  //arch/i386/pci/common.c

的内容，这样会有更深的理解。

2）regster space.

这是基于内的i/o寄存器，就是i/o内存。这里包含了Capability Registers和Operational Registers。我们可以读取/proc/iomem 看看io内存的分配情况。我们可以看到ehci的地址是fe226400-fe2267ff。这段内存不可以直接读写，先要调用ioremap（或是ioremap_nocache）影射成虚拟地址后再使用。

我写了一段程序。大家可以试验一下。

    #include <asm/io.h>

static int hello_init(void)
...{
        unsigned long  port_value, mem_value;
        void __iomem *add;
        int i;
        printk(KERN_ALERT "Hello, world ");
        add = ioremap(0xfe226400, 0x400);
        for(i = 0; i < 100; i++)...{
                mem_value = ioread32(add+i*4);
                printk("%08X mem value is :%08X ", add+i*4, mem_value);
        }
        iounmap(add);
        return 0;
}

以上是基于ldd3中那个最简单的模块hello.ko改的。主要是为了可以在内核空间运行。大家可以把打印出来的内容与ehci spec 2.2对照一下。

3）Schedule Interface Space.

这里就是普通的内存。我们直接就可以访问它。