USB总线-Linux内核USB3.0设备控制器中断处理程序分析（九）

1.概述

USB设备枚举、请求处理、数据交互都涉及USB设备控制器中断。当有事件发生时，USB设备控制器首先将事件信息通过DMA写入到事件缓冲区中，然后向CPU发出中断，随后CPU调用中断处理函数开始处理中断事件。

2.事件

dwc3 USB设备控制器事件使用dwc3_event数据结构描述，由4个字节组成。按位域区区分，可分为3类事件，分别为设备端点事件、设备事件及其他核心事件。dwc3_event_type用来描述事件的类型，is_devspec == 1表示事件为设备事件，否则表示设备端点事件。dwc3_event_depevt描述设备端点事件，包含了产生事件的端点编号、具体的事件、事件状态等信息。dwc3_event_devt描述设备控制器事件，包含了具体的设备事件、事件类型、事件信息等。dwc3_event_gevt使用的不多，这里不详细介绍。

[drivers/usb/dwc3/core.h]
/**
 * union dwc3_event - representation of Event Buffer contents
 * @raw: raw 32-bit event
 * @type: the type of the event
 * @depevt: Device Endpoint Event
 * @devt: Device Event
 * @gevt: Global Event
 */
union dwc3_event {
    u32                raw;
    struct dwc3_event_type        type;   // 事件类型
    struct dwc3_event_depevt    depevt; // Device Endpoint Events
    struct dwc3_event_devt        devt;   // Device Events
    struct dwc3_event_gevt        gevt;   // 全局事件
};
struct dwc3_event_type {
    u32    is_devspec:1;          // 是否是设备事件 
    u32    type:7;                // 事件类型
    u32    reserved8_31:24;       // 保留
} __packed;

[drivers/usb/dwc3/core.h] /* dwc3 USB设备端点事件宏定义 / #define DWC3_DEPEVT_XFERCOMPLETE 0x01 // 传输完成 #define DWC3_DEPEVT_XFERINPROGRESS 0x02 // 传输正在处理中 #define DWC3_DEPEVT_XFERNOTREADY 0x03 // 传输未准备好 // 接收和发送FIFO事件 (IN->Underrun, OUT->Overrun) #define DWC3_DEPEVT_RXTXFIFOEVT 0x04 #define DWC3_DEPEVT_STREAMEVT 0x06 // 流事件 #define DWC3_DEPEVT_EPCMDCMPLT 0x07 // 端点命令完成 struct dwc3_event_depevt { / USB设备端点事件 */ u32 one_bit:1; // 未使用 u32 endpoint_number:5; // 端点编号 u32 endpoint_event:4; // 端点事件 u32 reserved11_10:2; u32 status:4; // 端点事件状态 u32 parameters:16; } __packed;

3.事件缓冲区

dwc3事件保存在dwc3_event_buffer数据结构中，各个成员的意义如下。事件保存在buf中，dma是buf的DMA地址，事件数据由DMA传输到buf中，lpos是缓冲区中已处理事件的偏移，count表示缓冲区中的事件数量。事件使用dwc3_event数据结构描述，上面已经介绍过了。不同的事件，有不同的处理方法。

[drivers/usb/dwc3/core.h]
/* 事件缓冲区数据结构 */
struct dwc3_event_buffer {
    void            *buf;    // 事件缓冲区地址
    unsigned        length;  // 事件缓冲区长度
    unsigned int    lpos;    // 事件缓冲区偏移
    unsigned int    count;   // 缓存最近一次产生事件的数量
    unsigned int    flags;   // 事件缓冲区标志
#define DWC3_EVENT_PENDING    BIT(0)
    dma_addr_t        dma;     // 事件缓冲区DMA地址
    struct dwc3        *dwc;    // 指向DWC控制器数据结构
};

dwc3_event_buffer数据结构的初始化过程如下：

1. 在dwc3_probe函数中，调用dwc3_alloc_event_buffers函数分配dwc3_event_buffer结构体，调用dma_alloc_coherent分配buf，长度为4096字节，记录虚拟地址和DMA地址。
2. 在dwc3_core_init函数中，调用dwc3_event_buffers_setup函数，将buf的DMA地址、长度分别写入USB设备控制器对应的寄存器，将事件数量寄存器和缓冲区偏移清零。

4.事件处理

dwc3 USB设备控制器的事件分为两步处理。第一步在中断上半部分处理，只记录事件数量，第二步在中断下半部（线程）处理，遍历事件缓冲区，循环处理所有事件。

4.1.中断上半部分

dwc3 USB3.0设备控制器事件的中断上半部分处理流程如下图所示。首先保存全局事件数量，设置事件pending标志，接着屏蔽控制器的中断，最后返回IRQ_WAKE_THREAD，唤醒中断处理线程。可以看出，中断上半部分很简单，只做了读写寄存器和保存状态的工作，不涉及具体事件的处理。

4.2.中断下半部分

dwc3 USB3.0设备控制器的中断下半部分处理流程如下图所示。事件处理是在持有自旋锁和关中断的情况进行的。在dwc3_process_event_buf函数中，循环处理所有事件。处理完毕，将事件数量和事件pending标记清零，最后重新打开中断并退出。

dwc3_process_event_entry函数负责处理一个具体的事件，根据事件类型，又分为端点事件和设备事件，端点事件调用dwc3_endpoint_interrupt函数处理，设备事件调用dwc3_gadget_interrupt函数处理。端点事件和设备事件下又分了很多具体的事件，比较复杂，碍于篇幅，这里只介绍端点0的事件。

4.2.1.端点0事件

端点0事件调用dwc3_ep0_interrupt函数处理，处理流程如下图所示。对于DWC3_DEPEVT_XFERINPROGRESS、DWC3_DEPEVT_RXTXFIFOEVT、DWC3_DEPEVT_STREAMEVT、DWC3_DEPEVT_EPCMDCMPLT事件，驱动程序不做额外的处理，直接返回。当端点0产生DWC3_DEPEVT_XFERCOMPLETE事件时，其对应端点0控制传输的三个状态，分别为建立阶段、数据阶段和状态阶段，其中数据阶段可选。具体可参考http://www.usbzh.com/article/detail-55.html。下面分析一下dwc3 USB设备控制器驱动对这个三个阶段的处理。

1. EP0_SETUP_PHASE

在调用dwc3_gadget_start使能USB设备控制器时，端点0的状态被设置为EP0_SETUP_PHASE，等待接收来自主机的SETUP数据包，接收到SETUP数据包后控制器产生DWC3_DEPEVT_XFERCOMPLETE事件，根据端点0状态进入dwc3_ep0_inspect_setup函数进行处理。主机发送的SETUP数包可分为两类，一类是标准的USB请求，如USB_REQ_GET_STATUS、USB_REQ_CLEAR_FEATURE、USB_REQ_SET_FEATURE等，调用dwc3_ep0_std_request函数处理。非标准请求调用dwc3_ep0_delegate_req函数处理。在dwc3_ep0_std_request函数中，驱动处理了一部分标准的USB请求，如获取和设置设备或端点的特性、状态等，其他复杂的请求，调用dwc3_ep0_delegate_req函数处理。dwc3_ep0_delegate_req函数内部会调用上层USB gadget driver提供的set_up函数，即composite_setup函数。

composite_setup函数的处理流程如下图所示。按主机发送的USB请求进行处理，分为标准的USB请求和非标准的USB请求。非标准的USB请求最终通过调用uac2驱动的afunc_setup函数处理。最后判断是否有数据要传输，如USB_REQ_GET_DESCRIPTOR请求是需要数据阶段的，若需要，则会调用composite_ep0_queue将数据发送到端点0，同时将端点的状态设置为EP0_DATA_PHASE。

usb_ctrlrequest各个字段的定义如下图所示。USB标准请求bRequest字段的bit[5-6]位都为0。若bRequest字段的bit[5-6]位为01，则是USB类设备定义的命令，需要USB类设备驱动处理。下面是uac2设备接收的USB请求，需要调用uac2驱动的afunc_setup函数处理。

bRequestType = 0xa1
bRequest     = 0x2
wValue       = 0x100
wIndex       = 0x500
wLength      = 0x100

2. EP0_DATA_PHASE

在EP0_SETUP_PHASE阶段之后，若需要传输数据，则会有EP0_DATA_PHASE阶段。数据传输完成后，产生DWC3_DEPEVT_XFERCOMPLETE事件，根据当前端点0的状态，进入dwc3_ep0_complete_data函数处理。dwc3_ep0_complete_data的主要工作是判断端点0是否还有数据要传输，若需要先回调usb_request的回调函数，接着启动传输，反之直接返回。

3. EP0_STATUS_PHASE

EP0_STATUS_PHASE由DWC3_DEPEVT_XFERNOTREADY事件设置。此阶段由dwc3_ep0_complete_status函数处理，主要的工作准备TRB，为下一次的控制传输的SETUP做准备。

端点0的DWC3_DEPEVT_XFERNOTREADY事件主要用于指出当前请求的传输阶段是数据阶段还是状态阶段。具体由dwc3_event_depevt的status字段决定。若是数据阶段且还有未发送完的数据，则会忽略；若是状态阶段，则首先设置端点0的状态为EP0_STATUS_PHASE，接着传输状态阶段（DWC3_TRBCTL_CONTROL_STATUS3/DWC3_TRBCTL_CONTROL_STATUS2）的数据包。

当状态阶段的数据包传输完成后，产生DWC3_DEPEVT_XFERCOMPLETE事件，此时就进入了EP0_STATUS_PHASE的处理逻辑。