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xhci 数据结构

news 2025/7/4 5:45:18

xhci 数据结构

xhci 数据结构主要在手册上有详细的定义，本文根据手册进行归纳总结：
重点关注的包括：

device context
trb ring
trb

在这里插入图片描述

device context设备上下文

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设备上下文数据结构由xHC管理，用于向系统软件报告设备配置和状态信息。设备上下文数据结构由32个数据结构的数组组成。第一个上下文数据结构（索引=“0”）是Slot Context数据结构。其余上下文数据结构是“端点上下文”数据结构

在枚举USB设备的过程中，系统软件会在主机内存中为该设备分配设备上下文数据结构，并将其初始化为“0”。然后，使用地址设备命令将数据结构的所有权传递给xHC。xHC保留对设备上下文的所有权，直到使用“禁用插槽命令”禁用了设备插槽为止。设备上下文数据结构由xHC拥有时，应被系统软件视为只读

其中主要分为slot 上下文，和 endpoint 上下文，在host xhci 中有定义

 616 struct xhci_slot_ctx {617     __le32  dev_info;618     __le32  dev_info2;619     __le32  tt_info;620     __le32  dev_state;621     /* offset 0x10 to 0x1f reserved for HC internal use */622     __le32  reserved[4];623 };

 700 struct xhci_ep_ctx {701     __le32  ep_info;702     __le32  ep_info2;703     __le64  deq;704     __le32  tx_info;705     /* offset 0x14 - 0x1f reserved for HC internal use */706     __le32  reserved[3];707 };

slot 上下文

在这里插入图片描述
Slot主要是有关包含与整个设备有关的信息，或影响USB设备的所有端点的信息。Slot Context提供的信息包括：控制，状态，寻址和电源管理。

作为设备上下文成员，xHC使用插槽上下文数据结构将设备参数的当前值报告给系统软件。
xHC报告的插槽状态标识设备的当前状态，并与USB规范中描述的USB设备状态紧密对应。
设备上下文的Slot Context数据结构也称为“Output Slot Context”。作为输入上下文成员，系统软件使用Slot
Context数据结构将命令参数传递给主机控制器。输入上下文的Slot Context数据结构也称为“Input Slot Context”。
如果针对设备插槽的命令成功执行，则xHC将在生成Command Completion Event 之前更新输出插槽上下文，以反映其正在主动使用的参数值来管理设备。
插槽上下文的xHCI保留区域可用作xHC实现定义的暂存器。
插槽上下文中的所有保留字段仅供xHC使用，除非插槽处于“禁用”状态，否则不得由系统软件修改。

endpoint 上下文

在这里插入图片描述
重点参数：

针对iso通信：
在这里插入图片描述
在xhci.c 中进行了初始化：

1418 /* Set up an endpoint with one ring segment.  Do not allocate stream rings.
1419  * Drivers will have to call usb_alloc_streams() to do that.
1420  */
1421 int xhci_endpoint_init(struct xhci_hcd *xhci,
1422         struct xhci_virt_device *virt_dev,
1423         struct usb_device *udev,
1424         struct usb_host_endpoint *ep,
1425         gfp_t mem_flags)
1426 {
...1494     /* Set up the endpoint ring */
1495     virt_dev->eps[ep_index].new_ring =
1496         xhci_ring_alloc(xhci, 2, 1, ring_type, max_packet, mem_flags);
1497     if (!virt_dev->eps[ep_index].new_ring)
1498         return -ENOMEM;
...
1503     /* Fill the endpoint context */
1504     ep_ctx->ep_info = cpu_to_le32(EP_MAX_ESIT_PAYLOAD_HI(max_esit_payload) |
1505                       EP_INTERVAL(interval) |
1506                       EP_MULT(mult));
1507     ep_ctx->ep_info2 = cpu_to_le32(EP_TYPE(endpoint_type) |
1508                        MAX_PACKET(max_packet) |
1509                        MAX_BURST(max_burst) |
1510                        ERROR_COUNT(err_count));
1511     ep_ctx->deq = cpu_to_le64(ep_ring->first_seg->dma |
1512                   ep_ring->cycle_state);
1513 
1514     ep_ctx->tx_info = cpu_to_le32(EP_MAX_ESIT_PAYLOAD_LO(max_esit_payload) |
1515                       EP_AVG_TRB_LENGTH(avg_trb_len));...

ring

Ring是一个循环队列，xHC使用三种类型的Ring：

Command Ring：（每个XHC一个）软件使用Command Ring将命令发送给xHC。使系统软件能够发出命令以枚举USB设备，配置xHC以支持这些设备以及协调虚拟化功能。
Event Ring：（每个中断一个）每个中断器的一种循环队列，为xHC提供了一种向系统软件报告的方式：数据传输和命令完成状态，根集线器端口状态更改以及其他与xHC相关的事件。或者说：xHC使用事件环返回状态和命令结果，并将其传输到系统软件。
Transfer Ring：（每个Endpoint或Stream一个）Transfer Ring被用来在内存和设备Endpoint之间传输数据。

备注：每个设备，插入的过程中，会根据设备反馈的设备描述符，注册相应的多个endpoint，后面我单独写一篇，usb设备插入注册，解析设备描述符的过程。

1589 struct xhci_ring {
1590     struct xhci_segment *first_seg;
1591     struct xhci_segment *last_seg;
1592     union  xhci_trb     *enqueue;
1593     struct xhci_segment *enq_seg;
1594     union  xhci_trb     *dequeue;
1595     struct xhci_segment *deq_seg;
1596     struct list_head    td_list;
1597     /*
1598      * Write the cycle state into the TRB cycle field to give ownership of
1599      * the TRB to the host controller (if we are the producer), or to check
1600      * if we own the TRB (if we are the consumer).  See section 4.9.1.
1601      */
1602     u32         cycle_state;
1603     unsigned int        stream_id;
1604     unsigned int        num_segs;
1605     unsigned int        num_trbs_free;
1606     unsigned int        num_trbs_free_temp;
1607     unsigned int        bounce_buf_len;
1608     enum xhci_ring_type type;
1609     bool            last_td_was_short; 
1610     struct radix_tree_root  *trb_address_map;
1611 };

Transfer Ring

重点介绍每个endpoint 上的Transfer Ring
将需要硬件完成的USB传输，通过TRB的形式，将信息提交给硬件，放入RING当中，放入的位置为当前ENQUEUE PTR的位置，每放一个，ENQUEUE PTR向前跨一步，遇到LINK TRB，则跳转到LINK TRB指向的位置
而硬件则按DEQUEUE PTR指向的位置，取出TRB到CACHE当中，执行该TRB，同样，每执行一个，则ADVANCE 该 DEQUEUE PTR，遇LINK TRB，跳转。
TD表示一个USB TRANSFER（不同于USB TRANSACTION）
在TRB当中，有一个CH BIT，如果一处TD由多个TRB构成，则软件需要将除最后一个TRB的所有CH BIT置位。

在这里插入图片描述
trb 的结构：

xhci 发送数据分析：

概述：
在这里插入图片描述
从xhci_urb_enqueue 开始看：

1433 static int xhci_urb_enqueue(struct usb_hcd *hcd, struct urb *urb, gfp_t mem_flags)
1434 {
···
1519     case USB_ENDPOINT_XFER_CONTROL:
1520         ret = xhci_queue_ctrl_tx(xhci, GFP_ATOMIC, urb,
1521                      slot_id, ep_index);
···

3211 int xhci_queue_bulk_tx(struct xhci_hcd *xhci, gfp_t mem_flags,
3212         struct urb *urb, int slot_id, unsigned int ep_index)
3213 {
···
246     ret = prepare_transfer(xhci, xhci->devs[slot_id],
3247             ep_index, urb->stream_id,
3248             num_trbs, urb, 0, mem_flags);
····3323         queue_trb(xhci, ring, more_trbs_coming | need_zero_pkt,
3324                 lower_32_bits(send_addr),
3325                 upper_32_bits(send_addr),
3326                 length_field,
3327                 field);
···

2828 static void queue_trb(struct xhci_hcd *xhci, struct xhci_ring *ring,
2829         bool more_trbs_coming,
2830         u32 field1, u32 field2, u32 field3, u32 field4)
2831 {
2832     struct xhci_generic_trb *trb;
2833 
2834     trb = &ring->enqueue->generic;
2835     trb->field[0] = cpu_to_le32(field1);
2836     trb->field[1] = cpu_to_le32(field2);
2837     trb->field[2] = cpu_to_le32(field3);
2838     /* make sure TRB is fully written before giving it to the controller */
2839     wmb();
2840     trb->field[3] = cpu_to_le32(field4);
2841 
2842     trace_xhci_queue_trb(ring, trb);
2843 
2844     inc_enq(xhci, ring, more_trbs_coming);
2845 }
2846

通过inc_enq 向xhci ring 中写数据，更新指针enqueue。

 204 static void inc_enq(struct xhci_hcd *xhci, struct xhci_ring *ring,205             bool more_trbs_coming)206 {207     u32 chain;208     union xhci_trb *next;209 210     chain = le32_to_cpu(ring->enqueue->generic.field[3]) & TRB_CHAIN;211     /* If this is not event ring, there is one less usable TRB */212     if (!trb_is_link(ring->enqueue))213         ring->num_trbs_free--;214     next = ++(ring->enqueue);

xhci 接收数据分析：

xhci 的中断处理函数xhci_irq 调用函数 xhci_handle_event

2625 static int xhci_handle_event(struct xhci_hcd *xhci)
2626 {
2651     switch (le32_to_cpu(event->event_cmd.flags) & TRB_TYPE_BITMASK) {
2652     case TRB_TYPE(TRB_COMPLETION):
2653         handle_cmd_completion(xhci, &event->event_cmd);
2654         break;
2655     case TRB_TYPE(TRB_PORT_STATUS):
2656         handle_port_status(xhci, event);
2657         update_ptrs = 0;
2658         break;
2659     case TRB_TYPE(TRB_TRANSFER):
2660         ret = handle_tx_event(xhci, &event->trans_event);
2661         if (ret >= 0)
2662             update_ptrs = 0;
2663         break;
2664     case TRB_TYPE(TRB_DEV_NOTE):
2665         handle_device_notification(xhci, event);
2666         break;
2667     default:
2668         if ((le32_to_cpu(event->event_cmd.flags) & TRB_TYPE_BITMASK) >=
2669             TRB_TYPE(48))
2670             handle_vendor_event(xhci, event);
2671         else
2672             xhci_warn(xhci, "ERROR unknown event type %d\n",
2673                   TRB_FIELD_TO_TYPE(
2674                   le32_to_cpu(event->event_cmd.flags)));
2675     }

其中判断，trb 的类型：

#define TRB_TYPE(p)     ((p) << 10)

如果类型是#define TRB_COMPLETION 33，则表示传输完成,调用handle_cmd_completion，
则会调用函数handle_cmd_completion -> xhci_handle_cmd_set_deq -> update_ring_for_set_deq_completion

在函数update_ring_for_set_deq_completion中更新指针dequeue

 975 static void update_ring_for_set_deq_completion(struct xhci_hcd *xhci,976         struct xhci_virt_device *dev,977         struct xhci_ring *ep_ring,978         unsigned int ep_index)979 {980     union xhci_trb *dequeue_temp;981     int num_trbs_free_temp;982     bool revert = false;983 984     num_trbs_free_temp = ep_ring->num_trbs_free;985     dequeue_temp = ep_ring->dequeue;986 987     /* If we get two back-to-back stalls, and the first stalled transfer988      * ends just before a link TRB, the dequeue pointer will be left on989      * the link TRB by the code in the while loop.  So we have to update990      * the dequeue pointer one segment further, or we'll jump off991      * the segment into la-la-land.992      */993     if (trb_is_link(ep_ring->dequeue)) {994         ep_ring->deq_seg = ep_ring->deq_seg->next;995         ep_ring->dequeue = ep_ring->deq_seg->trbs;996     }997 998     while (ep_ring->dequeue != dev->eps[ep_index].queued_deq_ptr) {999         /* We have more usable TRBs */
1000         ep_ring->num_trbs_free++;
1001         ep_ring->dequeue++;
1002         if (trb_is_link(ep_ring->dequeue)) {
1003             if (ep_ring->dequeue ==
1004                     dev->eps[ep_index].queued_deq_ptr)
1005                 break;
1006             ep_ring->deq_seg = ep_ring->deq_seg->next;
1007             ep_ring->dequeue = ep_ring->deq_seg->trbs;
1008         }
1009         if (ep_ring->dequeue == dequeue_temp) {
1010             revert = true;
1011             break;
1012         }
1013     }
1014 
1015     if (revert) {
1016         xhci_dbg(xhci, "Unable to find new dequeue pointer\n");
1017         ep_ring->num_trbs_free = num_trbs_free_temp;
1018     }
1019 }

xhci 数据结构