UHCI的数据流控制

UHCI的数据结构和数据流控制

一、数据结构

主要涉及到三个数据结构：Frame list 、Transfer Descriptors（TD）、Queue Head（QH）。Frame list必须要4K字节对齐；而TD和QH需要16字节对齐，一般情况本身的结构大小要超过16字节。

三者之间的关系如下图所示：

其中Frame list base address从UHCI的IO Register中读到的，uhcispec中有介绍。Frame counter也是在IO register中读到，也base address共同得到当前UHCI需要处理的Frame list中的Frame pointer。

剩下的问题就是如何控制Frame pointer中TD、QH的数据流。

 

关于TD和QH的数据结构问题：

1、Frame list pointer：

Frame list pointer指第一个需要调度的结构体的地址。

Q：表示Link pointer指向的是TD(0)还是QH(1)。

T：表示告知HC，该Frame是否有有效的数据流入口。1、表示空的frame；0表示有效入口。

2、Transfer Descriptor

针对同步、中断、控制、bulk传输，有四种不同的TD，当然结构大同小异，只是部分控制bit不一样而已。按理说会有8个Dword，实际使用前4个Dword，最后4个Dword是留给software使用的。

 

Link pointer指指向另外一个TD或者QH。

Vf：告知HC，该深度遍历还是广度遍历。深度遍历就是跑向Link pointer的指向的TD；广度遍历跑向Link pointer指向的另外一个QH。1=depth first；0=breadth first。

Q：表示Link pointer指向的是TD(0)还是QH(1)。

T：1=Link pointer无效；0=Link pointer是有效的。该bit告知HC本TD中link pointer是否指向另外一个数据流入口。如果TD在一个队列里中，该bit代表告知HC，队列中已经没有另外的有效数据流入口了。也就是说本TD是最后一个TD。

 

另外的字段说明请看spec。

在status字段中，bit23是active bit。也就是说，Software将所有的QH或者TD设置好，Frame list base address也设置好之后，在将该bit置位，则HC马上开始USB的数据传输。在等待若干time之后判断是否得到ACK。

 

Buffer Pointer指本TD中需要传输的数据内容。大小必须不小于MAX Length中定义的size。

 

3、Queue Head

QH是特别针对控制、bulk和中断传输定义的结构。而同步传输中不会使用QH。必须16字节对齐。

QHLP：此字段指向下一个横向数据表的地址，可以是QH或者TD。一般情况是QH(多个队列)。

Q：表示Link pointer指向的是TD(0)还是QH(1)。

T：告知HC，本QH已经是本次调度序列中最后一个QH了。1=last QH；0=pointer有效，指向TD或者QH。

 

 

二、如何控制数据流

HCD设定HC的register：Frame list baseaddress和frame list index，并通过hc的run、stop控制HC执行调度序列。

HC首先从Frame list中读取一个入口，判断bit0 是否是pointer address有效；判断bit1 是指定TD还是QH；另外一个字段即pointer address。

如果针对isochronous传输，Frame list则指向TD，如果没有isochronous传输，则指向QH。如果指向TD，则HC获取到入口地址开始在USB总线上传输数据，每个TD包含的link pointer指向下一个入口，TD或者QH；如果是指向QH的，HC就会按照QH中的结构来相应处理。

 

1、  处理同步传输的描述符

同步传输的描述符是link到frame list中，每1ms发生一次数据的传送。所以同步传输的控制也要保证host端到端点之间的固定频率的数据传送。同步TD的处理如下：

1)、HC获取对应的Isochronous TD；

2)、HC decode TD的各个字段，来做相应的传输控制。

3)、HC产生USB token，开始传送 usb数据。

4)、当传输过程完成，HC将更新状态，标志TD非活跃状态。

5)、HC获取当前TD中link pointer指向的TD或者QH。

6)、类似的同样处理TD或者QH。

 

 

2、  处理bulk、control和interrupt的传输描述符

像bulk、control和interrupt TD传输数据是通过QH队列来实现的。步骤如下：

1)、HC从Frame list中获得QH，并确认是否有有效的入口。

2)、如果数据(TD or QH)入口有效，HC从QH的元素指针中获取TD或者QH，如果是TD，则跳转到3)；如果QH则跳转到1)；如果是无效的入口，直接跳转到10)。

3)、HC解析TD字段，觉得采取何种方式传输。

4)、HC产生USB token，并开始执行传输，setup阶段。

5)、等传输过程结束，HC更新状态。

6)、如果传输结束并成功，TD被标志位非活跃状态，并跳转到9)。

7)、如果此次传输没有成功，但是error次数没有达到门限值，那么TD将依旧重新开始活跃。跳转到10)。

8)、如果此次传输失败，而且error也达到了门限值，那么TD将被标志成非活跃态，跳转到10)。

9)、HC将当前TD的link pointer写入到当前QH结构中的元素指针中(也就是将QH中之前处理完的TD从链表中移除)，如果link pointer的Vf bit置位了(depth)，(将当前QH传递过去)跳转到2)；否则直接进入10)。

10)、HC从当前QH的QH linkpointer中获取到QH或者TD的指向。如果该QH link pointer的T位置位的话，HC进入idle转跳等待1ms 帧时间的消耗完。

11)、UHCI的处理过程继续以此流程进行下去。

数据流控制的结构图如下：

 

下图是一个队列的实例：