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基于DWC2的USB驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)-USB復(fù)位詳解 (qq.com)

一.前言

上一篇我們?cè)敿?xì)介紹了USB枚舉的第一步,連接檢測(cè)。那么第二步是干什么呢? 相信做過(guò)嵌入式開(kāi)發(fā)尤其做過(guò)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的都會(huì)想到-復(fù)位，基本上所有的外設(shè)模塊在開(kāi)始都需要進(jìn)行復(fù)位操作，以達(dá)到一個(gè)默認(rèn)的狀態(tài)，USB也不例外。一方面初始化時(shí)復(fù)位以達(dá)到默認(rèn)狀態(tài)，一方面在異常時(shí)復(fù)位以恢復(fù)。話說(shuō)復(fù)位可以解決99%的問(wèn)題就是這么來(lái)的，如果還不能解決那就斷電復(fù)位，相信這是很多人解決問(wèn)題的第一板斧，且不說(shuō)是不是最優(yōu)選擇，至少這樣一般都有效，當(dāng)然可靠性考慮是否能直接復(fù)位一般都需要評(píng)估不能這么直接簡(jiǎn)單粗暴。

這一篇我們就來(lái)詳細(xì)講講USB的復(fù)位，老規(guī)矩理論結(jié)合實(shí)踐，先看規(guī)格書(shū)的說(shuō)明再寫(xiě)驅(qū)動(dòng)實(shí)測(cè)。

二．USB的復(fù)位

2.1復(fù)位信號(hào)

首先，復(fù)位信號(hào)到底是什么樣的呢？調(diào)試外設(shè)時(shí)序的時(shí)候一般都會(huì)關(guān)注，復(fù)位一般用一組特殊的狀態(tài)時(shí)序來(lái)表示，USB也一樣。

我們看到USB2.0規(guī)格書(shū)中對(duì)復(fù)位信號(hào)的描述如下

對(duì)于發(fā)送端要求D+和D-小于VOL(max)持續(xù)10mS以上，VOL(max)的值為0.3V，如下

而對(duì)于接收端要求D+和D-小于VIL(max)持續(xù)10mS以上，VIL(max)值為0.8V

可以看到VIL(max)比VOL(max)是要大的，這是對(duì)發(fā)送要求嚴(yán)格一些，因?yàn)橐紤]信號(hào)傳輸?shù)脑肼暩蓴_等因素，預(yù)留一些裕度。

上述10ms的參數(shù)實(shí)際有個(gè)名字叫(TDRST)，規(guī)格書(shū)中要求如下

而一般要求接收端在D+和D-小于VIL(max)持續(xù)2.5uS以上就應(yīng)該檢測(cè)到復(fù)位，這個(gè)時(shí)間記住，我們可能會(huì)遇到臨界情況在這個(gè)值附近可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，調(diào)試時(shí)留個(gè)心眼，一旦出現(xiàn)這種很可能就是疑難雜癥，但是現(xiàn)在留個(gè)心眼以后就可能想起來(lái)確認(rèn)這里。

對(duì)于根集線器這里還有個(gè)要求就是非連續(xù)的復(fù)位要有3mS以上的間隔(TRHRSI)，復(fù)位持續(xù)周期50mS(TDRSTR)以上(因?yàn)閁SB拓?fù)渥畲笥?個(gè)集線器)

2.2復(fù)位過(guò)程

參考USB2.0的規(guī)格書(shū)《7.1.7.5 Reset Signaling》

在低速/全速模式下運(yùn)行的設(shè)備，如果其面向上游的端口上出現(xiàn)SE0超過(guò)2.5μs（TDETRST），則可以將該信號(hào)視為復(fù)位信號(hào)。復(fù)位須在復(fù)位信號(hào)結(jié)束之前生效。注意這里是復(fù)位信號(hào)結(jié)束之前就生效。（實(shí)際這里還可能導(dǎo)致隱蔽的BUG，我這里有一個(gè)精彩的案例分析，高速設(shè)備總是枚舉為全速設(shè)備的問(wèn)題，神奇的是在復(fù)位中段服務(wù)函數(shù)中加個(gè)打印就好了，后面會(huì)分享）

1.主機(jī)(HUB)檢測(cè)到設(shè)備連接,通過(guò)DP還是DM拉高區(qū)分是低速還是全速/高速。

2.主機(jī)(HUB驅(qū)動(dòng)信號(hào)SE0以產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。

3.設(shè)備檢測(cè)到SE0持續(xù)2.5uS(TFILTSE0)以上檢測(cè)到復(fù)位，產(chǎn)生復(fù)位中斷。

對(duì)于低速設(shè)備完成復(fù)位，對(duì)于全速和高速設(shè)備后面繼續(xù)進(jìn)行高速設(shè)備的檢測(cè)。

速度的檢測(cè)后面會(huì)單獨(dú)再講。

如果是從non-suspended全速狀態(tài)復(fù)位則必須在SE0

開(kāi)始后的2.5uS(TFILTSE0)~3.0 ms(TWTRSTFS)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行后續(xù)的高速速度檢測(cè)握手。

如果是從suspend狀態(tài)復(fù)位，則必須在SE0開(kāi)始后的2.5uS(TFILTSE0)以上時(shí)間后進(jìn)行高速速度檢測(cè)握手，為什么這里沒(méi)有最長(zhǎng)時(shí)間3.0 ms(TWTRSTFS)的限制了呢，因?yàn)閽炱饡r(shí)時(shí)鐘是停止的重啟時(shí)鐘需要時(shí)間，所以這里不限制上限時(shí)間。

如果是從non-suspended高速狀態(tài)復(fù)位，則設(shè)備在恢復(fù)到全速之前必須等待不少于3.0ms且不多于3.125ms（TWTREV）。通過(guò)移除高速端接電阻并重新連接D+上拉電阻器，可實(shí)現(xiàn)全速恢復(fù)。該設(shè)備對(duì)總線狀態(tài)進(jìn)行采樣，并在開(kāi)始恢復(fù)至全速后檢查SE0（復(fù)位而非掛起）、不小于100μs且不大于875μs（TWTRSTHS）。如果檢測(cè)到SE0（復(fù)位），則設(shè)備開(kāi)始高速檢測(cè)握手。

注意

設(shè)備必須能夠在復(fù)位恢復(fù)時(shí)間10 ms（TRSTRCY）后接受SetAddress（）請(qǐng)求，這個(gè)時(shí)間也是一個(gè)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，如果不能枚舉可以檢查設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間是否過(guò)長(zhǎng)。

由于面向下游的端口在復(fù)位期間不會(huì)處于傳輸狀態(tài)，因此高速Chirp信號(hào)不會(huì)引發(fā)斷開(kāi)連接檢測(cè)。

如下圖是DWC2驅(qū)動(dòng)的復(fù)位波形，黃色為DP，高速模式。

通過(guò)仿真器GDB load程序重新運(yùn)行，而不是直接上電運(yùn)行，如果是后者則沒(méi)有(1)這個(gè)狀態(tài)此時(shí)默認(rèn)是沒(méi)有拉高的。

DWC2控制器的軟件復(fù)位不會(huì)影響SftDiscon位的狀態(tài)，所以load程序后SftDiscon保持之前的拉高狀態(tài)，DWC2控制器復(fù)位也不會(huì)影響

直到相關(guān)UTMI時(shí)鐘復(fù)位，如下代碼執(zhí)行對(duì)應(yīng)到(2)前面的DP拉低,此時(shí)UTMI等復(fù)位應(yīng)該是導(dǎo)致了PHY的相關(guān)狀態(tài)復(fù)位。

然后是軟件設(shè)置SftDiscon位為0，拉高DP，如下代碼處，對(duì)應(yīng)(2)處的拉高

然后DP拉高100mS之后(3)，主機(jī)發(fā)送復(fù)位(4)，這里看到復(fù)位時(shí)間非常短，這是因?yàn)樵O(shè)備2.5uS以上，實(shí)際是8uS就檢測(cè)到了復(fù)位(如下圖所示,圖中標(biāo)尺部分，后面的藍(lán)色的高DM的高是設(shè)備發(fā)出的Chirp K高速握手信號(hào))，進(jìn)行了后續(xù)的高速握手，所以覆蓋了主機(jī)發(fā)送的復(fù)位信號(hào)，所以看不到復(fù)位10mS的持續(xù)時(shí)間。

三.總結(jié)

復(fù)位的信號(hào)很簡(jiǎn)單，但是承接的是連接檢測(cè)到后續(xù)的高速速度握手，時(shí)序非常重要，尤其是有個(gè)參數(shù)2.5uS，檢測(cè)到復(fù)位信號(hào)持續(xù)2.5uS即檢測(cè)到復(fù)位，而不需要等復(fù)位信號(hào)移除即不需要等10mS，所以會(huì)出現(xiàn)主機(jī)在驅(qū)動(dòng)復(fù)位，設(shè)備已經(jīng)檢測(cè)到復(fù)位開(kāi)始后續(xù)的高速握手，從波形上看就看不到復(fù)位信號(hào)持續(xù)10mS了，而這也可能導(dǎo)致一些性能不達(dá)標(biāo)的主機(jī)，高速握手失敗，這個(gè)后面單獨(dú)講案例分析。