浅谈USB驱动架构

去年，老师让我分析基于HD3系统芯片的WindowsCE USB驱动的可行性。USB驱动非常庞大，多个软件层次相互交错，以及各种协议，USB系统对于一般人很难理解，我对其也只是理解一个大概，下面，我对USB驱动架构的认识做一个总结。

USB系统可以分为两个系统：（1）主机系统HOST；（2）设备系统（Device）。

USB主机系统Host

USB主机系统中，USB主机控制器是一块核心的处理芯片，主机控制器通过根集线器（Root Hub）与外部USB从机设备相连。USB主机控制器包含硬件、软件、固件等部分。

USB设备系统Device

USB设备按功能可分为两部分：集线器Hub、功能部件。如下图所示，主机通过根集线器连接到各种外围设备（集线器、功能部件）。

USB驱动架构

下图所示是典型的USB驱动架构。

USB core

USB Core包含Host Core Driver、Hub Driver，简称USBD
module，独立于硬件的协议栈，支持USB Host协议、USB Hub功能。

HCD（Host Controller Driver）

硬件之上运行的是HCD，USB HCD包含三种USB接口规范：
（1）UHCI：通用主机控制接口，USB1.0/1.1；
（2）OHCI：开放主机控制接口，USB1.0/1.1；
（3）EHCI：增强主机控制接口，USB2.0；
HCD的内部结构如下图所示：



其中，HCD包含了Platform Device Driver、Host Controller Driver、Root Hub Driver。
USB Core和HCD构成了USB驱动的核心部分，在上层就是用各种USB设备的厂商提供相应的驱动程序。
以如下一个带OTG技术的WindowsCE USB驱动架构为例，可以将USB驱动从上到下分为3层：
（1）应用层：Client（USB Device Driver）；
（2）总线层：USBD；
（3）硬件层：USB HCD；



USB Host的应用协议支持4种应用：RNDIS、Print、Mass Storage、HID；其中HID（Human Interface Device）是一种通信协议。
USB OTG控制器的上层是USB OTG控制器的驱动，USB OTG Core Driver是协议层（总线层），如果做Host，它会使用USB Host协议栈；如果做Device，它会使用USB Device协议栈。

USB设备工作流程

当设备功能驱动希望向某个管道发出读写请求时，首先构造请求（USB Request Block，URB）发给USB总线驱动（USBD中的Hub Driver），USB总线驱动解释该请求，并转换请求发往USB主机控制器端口驱动（usbport.sys，应该属于HCD），进而通过小端口驱动（usbohci.sys等，应该属于USB HCD）与设备进行通信。具体如下图所示：

参考文献

http://blog.csdn.net/arnoldlu/article/details/25386603 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/8500155 /article/1885145.html
http://jazka.blog.51cto.com/809003/737486
http://blog.csdn.net/henry000/article/details/7183423
http://bbs.csdn.net/topics/310195515 http://blog.csdn.net/LoongEmbedded/article/details/7519808