Структуры данных и регистры EHC

Подробности

Родительская категория: USB

Категория: Хост USB

Контроллер EHC имеет несколько наборов регистров:

• конфигурационные регистры PCI — стандартный заголовок и специфические регистры. В заголовке для EHC указывается код класса 0Ch, подкласс 03h, интерфейс 20h;
• регистры описания структуры контроллера, отображенные на память; на их положение указывает BAR в заголовке конфигурационного пространства;
• операционные регистры EHC (32-битные), отображенные на память; они расположены вслед за предыдущим набором.

Таблица. Специфические регистры конфигурационного пространства EHC

Смещение (длина)	Назначение
60h (8 бит)	SBRN (Serial Bus Release Number) — версия шины USB (20h)
61h (8 бит)	FLADJ (Frame Length Adjustment Register) — регистр подстройки длительности кадра, используются биты [5:0]. Длительность кадра в битовых интервалах HS определяется по формуле 59488+16× FLADJ, по умолчанию FLADJ=20h (60 000 bt)
62-63h (16 бит)	PORTWAKECAP, регистр возможности генерации событий пробуждения для портов корневого хаба. Бит 0 — признак наличия данного регистра (0 — нет регистра), биты [15:1] — маски для портов с теми же номерами. На работу EHC регистр не влияет (это только информация для драйвера)
EECP+0h (32 бита)	USBLEGSUP (USB Legacy Support), регистр возможностей поддержки эмуляции старых устройств, адрес определяется в поле EECP регистра HCCPARAMS, отображенного на память. Назначение бит: Биты 31:25 — резерв Бит 24 — HC OS Owned Semaphore, семафор запроса управления контроллером. ОС устанавливает в «1» как запрос, право считается предоставленным, когда BIOS установит в «0» бит 16; Биты [23:17] — резерв; Бит 16 — HC BIOS Owned Semaphore, семафор права управления контроллером. BIOS устанавливает в «1» как признак владения контроллером; Бит [15:8] — Next EHCI Extended Capability Pointer, указатель на следующий идентификатор расширенных возможностей; [7:0] Capability ID, идентификатор поддержки старых устройств (01h)
EECP+4h (32 бита)	USBLEGCTLSTS (USB Legacy Support Control and Status), регистр управления и состояния эмуляции. BIOS использует этот регистр для разрешения SMI по различным событиям и идентификации событий. Назначение бит: Бит 31 — SMI on BAR, прерывание SMI по смене базового адреса регистров EHC Бит 30 — SMI on PCI Command, прерывание SMI по записи в регистр команд конфигурационного пространства устройства PCI Бит 29 — SMI on OS Ownership Change, прерывание SMI по смене состояния права управления для ОС Биты [28:22] — резерв Бит 21 — SMI on Async Advance, прерывание SMI по установке бита Async_Advance в регистре USBSTS Бит 20 — SMI on Host System Error, прерывание SMI по системной ошибке EHC Бит 19 — SMI on Frame List Rollover, прерывание SMI по полному обороту списка кадров Бит 18 — SMI on Port Change Detect, прерывание SMI по смене состояния порта Бит 17 — SMI on USB Error, прерывание SMI по ошибке USB Бит 16 — SMI on USB Complete, прерывание SMI по завершению передачи Бит 15 — SMI on BAR Enable, разрешение прерывания SMI по смене базового адреса регистров EHC Бит 14 — SMI on PCI Command Enable, разрешение прерывания SMI по записи в регистр команд конфигурационного пространства устройства PCI Бит 13 — SMI on OS Ownership Change Enable, разрешение прерывания SMI по смене состояния права управления для ОС Биты [12:6] — резерв Бит 5 — SMI on Async Advance Enable, разрешение прерывания SMI по установке бита Async_Advance в регистре USBSTS Бит 4 — SMI on Host System Error Enable, разрешение прерывания SMI по системной ошибке EHC Бит 3 — SMI on Frame List Rollover Enable, разрешение прерывания SMI по полному обороту списка кадров Бит 2 — SMI on Port Change Enable, разрешение прерывания SMI по смене состояния порта Бит 1 — SMI on USB Error Enable, разрешение прерывания SMI по ошибке USB Бит 0 — USB SMI Enable, разрешение прерывания SMI по завершению передачи

Таблица. Регистры описания структуры контроллера EHC

Смещение (длина)	Назначение
00h (8 бит)	CAPLENGTH, длина набора регистров описания (определяет положение операционных регистров)
01h (8 бит)	Резерв
02h (16 бит)	HCIVERSION, номер версии интерфейса хост-контроллера (0100h)
04h (32 бита)	HCSPARAMS, параметры структуры: Биты [31:24] — резерв Биты [23:20] — Debug Port Number, номер порта, являющегося отладочным (0 — нет такого) Биты 19:17 — резерв Бит 16 — P_INDICATOR, признак поддержки управления индикаторами портов Биты [15:12] — N_CC, число контроллеров-компаньонов (если 0, то к контроллеру можно подключать только HS-устройства) Биты [11:8] — N_PCC, число портов у каждого контроллера-компаньона Бит 7 — Port Routing Rules, правило сопоставления портов контроллерамкомпаньоном: 0 — порты распределяются группами по N_PCC по контроллерам с нарастающими номерами, 1 — распределение в соответствии с таблицей HCSP-PORTROUTE Биты 6:5 — резерв Бит 4 — PPC (Port Power Control), признак наличия управления питанием портов Биты [3:0] — N_PORTS, число нисходящих портов (1–Fh)
08h (32 бита)	HCCPARAMS, параметры свойств: Биты [31:16] — резерв. Биты [15:8] — EECP (EHCI Extended Capabilities Pointer), указатель на положение регистра USBLEGSUP в конфигурационном пространстве Биты [7:4] — Isochronous Scheduling Threshold, порог планирования изохронных передач. Если бит 7=0, то биты [6:4] определяют минимальную дистанцию (число микрокадров) от текущей позиции, на которой драйвер может менять дескрипторы изохронных передач. Единичное значение бита 7 означает, что контроллер способен удержать в своем кэше дескрипторы для целого кадра Бит 3 — резерв Бит 2 — Asynchronous Schedule Park Capability, поддержка режима парковки для заголовков HS-очередей асинхронного плана Бит 1 — Programmable Frame List Flag, признак поддержки программируемого размера списка кадров (0 — размер только 1024 элемента) Бит 0 — 64-bit Addressing Capability, способность использования 64-битной адресации памяти
0Ch (64 бита)	HCSP-PORTROUTE, описание распределения портов по контроллерам-компаньонам, массив 4-байтных номеров контроллера-компаньона для каждого нисходящего порта корневого хаба. Вмещает описания для 15 портов (биты [3:0], формально относящиеся к нулевому порту, не используются)

 Таблица. Операционные регистры контроллера EHC

Смещение (длина)	Назначение
00h	USBCMD, регистр команд USB Биты [31:24] — резерв Биты [23:16] — Interrupt Threshold Control, минимальный интервал (в микрокадрах) генерации прерываний (125 мкс–64 мс). Допустимы значения 2^N, по умолчанию 08h (1 мс) Биты [15:12] — резерв Бит 11 — Asynchronous Schedule Park Mode Enable, разрешение режима парковки для заголовков HS-очередей асинхронного плана (необязательно) Бит 10 — резерв Биты 9:8 — Asynchronous Schedule Park Mode Count, число успешных транзакций из HS-очереди, которые контроллер может выполнять до продолжения прохода по асинхронному плану Бит 7 — Light Host Controller Reset, сброс хост-контроллера без затрагивания портов, относящихся к компаньонам (необязательно) Бит 6 — Interrupt on Async Advance Doorbell, программный запрос контроллеру на выработку прерывания по очередному продвижению по асинхронному плану Бит 5 — Asynchronous Schedule Enable, разрешение исполнения асинхронного плана Бит 4 — Periodic Schedule Enable, разрешение исполнения периодического плана Биты 3:2 — Frame List Size, размер списка кадров: 00 — 1024 элемента, 01 — 512, 10 — 256, 11 — резерв Бит 1 — HCRESET (Host Controller Reset), программный сброс контроллера (аналогично аппаратному), бит обнуляется контроллером по завершении сброса Бит 0 — RS (Run/Stop), пуск/останов исполнения транзакций. После обнуления контроллер должен через 16 микрокадров остановить все транзакции
04h	USBSTS, регистр состояния USB Биты [31:16] — резерв Бит 15 — Asynchronous Schedule Status, реальное текущее состояние разрешения асинхронного плана (может отставать от команды смены) Бит 14 — Periodic Schedule Status, реальное текущее состояние разрешения периодического плана (может отставать от команды смены) Бит 13 — Reclamation, признак не пустого асинхронного плана. Обнуляется, когда контроллер встречает заголовок очереди с установленным флагом H, устанавливается в «1» при исполнении любой транзакции асинхронного плана. Если при обнуленном бите Reclamation контроллер встречает заголовок очереди с флагом H, он останавливает обход асинхронного плана Бит 12 — HCHalted, состояния останова контроллера Биты [11:6] — резерв Бит 5 — Interrupt on Async Advance, признак прерывания по продвижению асинхронного плана Бит 4 — Host System Error, признак системной ошибки контроллера (как устройства PCI) Бит 3 — Frame List Rollover, признак оборота по списку кадров Бит 2 — Port Change Detect, обнаружена смена состояния порта Бит 1 — USBERRINT (USB Error Interrupt), признак завершения транзакции по ошибке USB Бит 0 —USBINT (USB Interrupt), признак завершения транзакции, для которой предписана генерация прерывания
08h	USBINTR, регистр разрешения прерываний USB: Биты [31:6] — резерв Бит 5 — Interrupt on Async Advance Enable, разрешение прерывания по продвижению асинхронного плана Бит 4 — Host System Error Enable, разрешение прерывания по системной ошибке контроллера Бит 3 — Frame List Rollover Enable, разрешение прерывания по обороту списка кадров Бит 2 — Port Change Interrupt Enable, разрешение прерывания по смене состояния порта Бит 1 — USB Error Interrupt Enable, разрешение прерывания по ошибке USB Бит 0 — USB Interrupt Enable, разрешение прерывания по выполнению транзакций
0Ch	FRINDEX, индекс кадра. Инкрементируется с каждым микрокадром, биты [N:3] используются как текущий индекс в списке кадров
10h	CTRLDSSEGMENT, старшие биты 64-битного адреса (адрес 4G-сегмента, содержащего все структуры данных и регистры EHC)
14h	PERIODICLISTBASE, базовый адрес списка кадров (биты [11:0] нулевые — список должен быть выровнен по границе станицы 4 Кб)
18h	ASYNCLISTADDR, очередной адрес асинхронного списка, указывает на следующий заголовок очереди в асинхронном плане (биты [4:0] — резерв)
1C-3Fh	Резерв
40h	CONFIGFLAG, флаг конфигурирования: бит 0 устанавливается в 1, когда ПО завершает конфигурирование EHC (по этому флагу включается управление маршрутизацией портов от EHC, при нулевом значении порты безусловно подключены к своим контроллерам-компаньонам). Биты [31:1] не используются
44h… …40h+4×n	PORTSC(n), управление и состояние n-го порта корневого хаба: Биты [31:23] — резерв Бит 22 — WKOC_E (Wake on Over-current Enable) — разрешение реакции на перегрузку по току как на пробуждающее событие Бит 21 — WKDSCNNT_E (Wake on Disconnect Enable) — разрешение пробуждения по отключению Бит 20 —WKCNNT_E (Wake on Connect Enable) — разрешение пробуждения по подключению устройства Биты [19:16] — Port Test Control, управление режимом тестирования: 0000 — рабочий режим, 0001 — Test J_STATE, 0010 — Test K_STATE, 0011 — Test SE0_NAK, 0100 — Test Packet, 0101 — Test FORCE_ENABLE Биты 15:14 — Port Indicator Control, управление индикатором порта: 00 — отключен, 01 — янтарный, 10 — зеленый, 11 — неопределено Бит 13 — Port Owner, признак владельца порта: 1 — порт подключен к контроллеру-компаньону (определено подключение устройства не HS или EHC не сконфигурирован) Бит 12 — PP (Port Power), питание порта (если PPC=1): 0 — выключено, 1 — включено Биты [11:10] — Line Status, текущее состояние логических уровней на линиях D+ (бит 11) и D- (бит 10) Бит 9 — резерв Бит 8 — Port Reset, сбос порта, устанавливается программно, сбрасывается контроллером Бит 7 — Suspend, приостановка порта Бит 6 — Force Port Resume, возобновление порта Бит 5 — Over-current Change, признак срабатывания токовой защиты (сбрасывается записью «1») Бит 4 — Over-current Active, состояние защиты (1 — питание отключено по перегрузке) Бит 3 — Port Enable/Disable Change, признак отключения порта по ошибке, зафиксированной хабом (сбрасывается записью «1») Бит 2 — Port Enabled/Disabled, разрешение-запрет порта (программно можно только запретить, разрешается по сбросу) Бит 1 — Connect Status Change, признак смены состояния подключения Бит 0 — Current Connect Status, текущее состояние подключения

Формат элемента списка кадров (Frame List Element Pointer) приведен на рисунке ниже.Здесь Frame List Link Pointer — указатель на дескриптор изохронной передачи или заголовок очереди (для прерываний); если бит T = 1 (Terminate), то указатель не используется. Поле Typ описывает тип структуры, на которую ссылается указатель: 00 — iTD, 01 — QH, 10 — siTD, 11 — FSTN.

Дескриптор изохронной передачи iTD (Isochronous Transfer Descriptor) относится к точкам HS-устройств, его формат приведен на рисунке ниже. Первое двойное слово по формату совпадает с элементом списка кадров. Далее следует 8-элементный список дескрипторов транзакций, выполняемых в каждом из восьми микрокадров (серым цветом выделены поля, модифицируемые хост-контроллером). В следующих семи двойных словах содержатся адреса физических страниц, в которых может располагаться буфер для транзакций, и описание конечной точки. В этом описании:

• поле Status отражает состояние выполнения транзакции:
• бит 31 — Active, активность, устанавливается драйвером как признак необходимости исполнения, сбрасывается контроллером по исполнении транзакции;
• бит 30 — Data Buffer Error, ошибка буфера данных (несвоевременность доставки данных в/из памяти);
• бит 29 — Babble Detected, «болтливость», обнаруженная при исполнении транзакции;
• бит 28 — Transaction Error (XactErr), ошибка USB при выполнении транзакции (только для транзакций IN).
• поле Transaction X Length задает число переданных байтов (0–3072). Для транзакций IN драйвер устанавливает ожидаемое число, контроллер его меняет на реальное число принятых байтов;
• бит IOC (Interrupt On Complete) заказывает прерывание по исполнению;
• поле PG (Page Select) задает номер страницы буфера (0–6), из которого берутся старшие (31:12) биты адреса для формирования стартового адреса буфера данной транзакции;
• поле Transaction X Offset задает смещение начала буфера X-транзакции относительно выбранной страницы;
• поля Buffer Pointer (Page n) задают физические адреса страниц 0–7;
• поле EndPt задает номер конечной точки;
• поле I/O задает направление: 0 — OUT, 1 — IN;
• поле Device Address задает адрес устройства;
• поле Maximum Packet Size — максимальный размер пакета для точки (1–1024), в транзакции IN используется как порог для определения «болтливости» устройства;
• поле Mult задает число транзакций за один микрокадр (00 — резерв).

Дескриптор расщепленной изохронной транзакции siTD (Split-transaction Isochronous Transfer Descriptor) относится к точкам FS-устройств, его формат приведен на следующем рисунке. Первое двойное слово по формату совпадает с элементом списка кадров. Поля I/O, EndPt, Device Address описывают координаты и направление конечной точки.

Поля Hub Addr и Port Number задают адрес расщепляющего транзакцию хаба и номер порта.

Битовые поля μFrame S-mask и μFrame C-mask задают маски для микрокадров, в которых планируются транзакции SS и CS (транзакция в микрокадре выполняется при единичном значении маски). В поле μFrame C-prog-mask контроллер отмечает кадры, в которых произошли транзакции завершения.

Адрес буфера для начала транзакции задается полями Buffer Pointer (Page 0) и Current offset, при переходе на другую физическую станицу в качестве ее адреса используется поле Buffer Pointer (Page 1). Бит P определяет номер используемой страницы. Ожидаемый размер пакета задается в поле Total Bytes to Transfer, контроллер этот размер заменит реальным. Бит IOC (Interrupt On Complete) заказывает прерывание по исполнении.

Поле TP (Transaction Position) — позиция текущей HS-транзакции: 00 — All, HSтранзакция содержит все данные FS-транзакции (не более 188 байт), 01 — Begin, первый пакет для FS-транзакции, 10 —Mid, промежуточный, 11 — End, последний HS-пакет для FS-транзакции.

Поле T-Count (Transaction Count), число HS-транзакций, необходимых для выполнения FS-транзакции (1–6).

Состояние выполнения транзакции определяется полем Status:

• бит 7 — Active, активность, устанавливается драйвером как признак необходимости исполнения, сбрасывается контроллером по исполнении или по ошибке;
• бит 6 — ERR, признак получения одноименного ответа от транслятора транзакций;
• бит 5 — Data Buffer Error, ошибка буфера данных (несвоевременность доставки данных в/из памяти);
• бит 4 — Babble Detected, «болтливость», обнаруженная при исполнении транзакции;
• бит 3 — Transaction Error (XactErr), ошибка USB при выполнении транзакции (только для транзакций IN);
• бит 2 — Missed Micro-Frame, пропуск микрокадра (по вине контроллера), в котором должно было быть завершение;
• бит 1 — SplitXstate (Split Transaction State), состояние (фаза) расщепленной транзакции: 0 — SS, 1 — CS;
• бит 0 — резерв.

Поле si-TD Back Pointer является обратным указателем на декриптор si-TD (если в том же двойном слове бит T = 1, указатель не используется).

Дескриптор передачи — элемент очереди qTD (Queue Element Transfer Descriptor) имеет формат, приведенный на следующем рисунке. Поле Next qTD Pointer указывает на следующий qTD (если T = 0), к которому следует перейти после нормальной отработки передачи. Поле Alternate Next qTD Pointer позволяет указать на qTD, к которому следует перейти в случае приема короткого пакета. Ожидаемая длина передачи задается полем Total Bytes to Transfer, по окончании в этом поле окажется реальная длина. Адрес буфера для начала транзакции задается полями Buffer Pointer (Page 0) и Current offset, по мере продвижения контроллер меняет значение поля C_Page, определяющего номер физической страницы. Бит IOC задает прерывание по выполнению. Поле PID задает тип маркера в транзакциях: 00 — OUT, 01 — IN, 10 — SETUP, 11 — резерв. Бит DT — текущее значение Data Toggle для данной передачи, В поле CErr драйвер заносит допустимое число повторов (из-за ошибок) в каждой транзакции данной передачи (0 — число повторов неограниченно). Поле Status отражает состояние текущей транзакции передачи:

• бит 7 — Active, активность, устанавливается драйвером как признак необходимости исполнения, сбрасывается контроллером по исполнении или по достижении лимита повторов;
• бит 6 — Halted — признак получения ответа STALLl;
• бит 5 — Data Buffer Error, ошибка буфера данных (несвоевременность доставки данных в/из памяти);
• бит 4 — Babble Detected, «болтливость», обнаруженная при исполнении транзакции;
• бит 3 — Transaction Error (XactErr), ошибка USB при выполнении транзакции (только для транзакций IN);
• бит 2 — Missed Micro-Frame, пропуск микрокадра (по вине контроллера), в котором должно было быть завершение (только для FS- и LS-точек);
• бит 1 — SplitXstate (Split Transaction State), состояние (фаза) расщепленной транзакции (только для FS- и LS-точек): 0 — SS, 1 — CS;
• бит 0 — P/ERR, для HS-точек при PID Code = 00 (OUT) — состояние протокола Ping (Ping State): 0 — выполнять транзакцию OUT, 1 — PING. Для не-HS точек — ERR, признак получения подтверждения ERR на расщепленную периодическую транзакцию.

Заголовок очереди QH имеет формат, приведенный на рисунке ниже. Здесь Queue Head Horizontal Link Pointer указывает на следующую структуру по горизонтали, которая может быть заголовком очереди или любым дескриптором изохронной передачи. В последующих двух двойных словах описывается конечная точка, а для точек LS/FS еще и дополнительные параметры, требуемые для расщепления транзакций. Поля Device Address, EndPt и Maximum Packet Length задают адрес устройства, номер точки и максимальный размер пакета. Поле EPS задает скорость: 00 — LS, 01 — FS, 10 — HS, 11 — резерв. Бит H (Head of Reclamation List Flag) — флаг, которым драйвер помечает один из заголовков очередей из асинхронного плана для определения опустошения всех очередей этого плана (этот флаг вызывает обнуление бита Reclamation в регистре состояния контроллера). Бит DTC управляет переключателем Toggle Bit: 0 — использовать бит DT из данного заголовка очереди QH, 1 — из qTD. Флаг C — признак управляющей точки HS-устройства. Флаг I (Inactivate on Next Transaction) — программный запрос контроллеру обнулить бит активности при следующей транзакции. Используется только в заголовке очереди периодических транзакций FS/LS-устройств для обеспечения возможности программной коррекции значений полей S-mask и C-mask в данном заголовке. Поле RL (Nak Count Reload) задает значение счетчика ответов NAK, загружаемое в поле Nak Cnt. Поле Mult задает число транзакций в микрокадре для широкополосных точек (0 — резерв). Поля Port Number, Hub Addr, μFrame S-mask и μFrame C-mask требуются для точек FS/LS-устройств, по назначению они совпадает с одноименными полями siTD.

Поле Current qTD Pointer содержит адрес текущего обрабатываемого qTD, последующие 8 двойных слов являются оверлейной областью передачи (Transfer Overlay), в которую контроллер загружает требуемые параметры для обрабатываемого элемента. Большинство полей по назначению (и положению) совпадает с одноименными полями qTD, здесь перечислим только особые. Поле NakCnt (Nak Counter) — счетчик ответов NAK или NYET. В поле C-prog-mask контроллер отмечает микрокадры, в которых происходили транзакции завершения расщепленных транзакций. В поле FrameTag контроллер записывает тег кадра, в котором производится расщепленная транзакция прерывания. В поле S-bytes контроллер указывает число байтов, переданных в расщепленных транзакциях IN и OUT.

Формат узла FSTN (Periodic Frame Span Traversal Node) приведен на последнем рисунке. Здесь Normal Path Link Pointer может указывать на любую структуру данных, а обратный указатель Back Path Link Pointer может указывать только на заголовок очереди.