windows USB设备驱动开发-双角色驱动

标签：USB windows Windows URS 堆栈驱动 ID 驱动程序

在USB的通讯协议中，规定发起连接的一方为主机(Host)，接受连接的一方为设备，这可以用U盘插入电脑举个例子，当U盘插入电脑后，电脑这边主动发起查询和枚举，U盘被动响应查询和数据存取。

USB 双角色驱动程序堆栈体系结构

Windows 现在支持 USB 双角色控制器，从Windows 10开始，包括家庭版、专业版、企业版和教育版和Windows 10 移动版。USB 双角色功能使系统成为 USB 设备或 USB 主机成为可能。可在 USB-IF 规范中找到 USB 双角色的详细规定。

此处的重要一点是，双重角色功能允许移动设备（如手机、平板手机或平板电脑）将自身指定为设备或主机：

当移动设备处于功能模式时，它将连接到电脑或充当附加移动设备主机的其他设备；
当移动设备处于主机模式时，用户可以将其设备（如鼠标或键盘）附加到其中。在本例中，移动设备托管附加的设备；

通过在 Windows 10 中提供对 USB 双重角色的支持，我们提供以下优势：

通过 USB 连接到移动外围设备，与蓝牙等无线协议相比，USB 提供更大的数据带宽；
在连接到其他 USB 设备并与其他 USB 设备通信时通过 USB 充电的选项前提是存在所需的硬件支持；
允许最有可能拥有移动设备（如智能手机）的客户完成所有工作。此功能将提高有线停靠方案中的工作效率，其中移动设备停靠并因此托管外围设备；

下表显示了 Windows 桌面 SKU 和移动 SKU 上可用的主机类驱动程序列表。

表中的类驱动程序是根据设备类遥测数据以及为Windows 10选择的关键方案选择的。我们计划包括有限数量的系统更新、第三方主机驱动程序支持，以支持Windows 10 移动版上的关键设备。对于桌面版Windows 10，这些驱动程序将在 OEM 网站上或通过 Windows 更新 (Windows Update) 提供。

对于Windows 10 移动版，未包含在支持列表中的第三方驱动程序在 Windows Update上不可用。 USB 主机堆栈 + HID 的磁盘占用空间一直很小。这就是为什么并非所有类驱动程序，并且极少数第三方驱动程序包含在Windows 10 移动版的支持列表中。希望提供第三方驱动程序的 OEM 可以使用板支持包 (BSP) 将其添加到移动设备的 OS 映像。

下表显示了 Windows 移动 SKU 上可用的函数类驱动程序。

windows会动态监视设备附件数据，以确定是否需要提供其他类驱动程序支持，因为设备类的受欢迎程度列表随时间而变化。

驱动程序实现

Microsoft USB 角色开关 (URS) 驱动程序允许系统实施者利用其平台的双角色 USB 功能。

URS 驱动程序旨在为使用单个 USB 控制器的平台提供双重角色功能，这些控制器可通过单个端口在主机和外围角色中运行。外围角色也称为功能角色。 URS 驱动程序根据平台中的硬件事件管理端口的当前角色，以及相应软件堆栈的加载和卸载。

在具有 USB micro-AB 连接器的系统上，驱动程序使用硬件中断来指示连接器上的 ID 引脚的状态。此引脚用于检测控制器是否需要在连接中承担主机角色或函数角色。在具有 USB Type-C 连接器的系统上，OEM 实现者应通过使用 USB Type-C 连接器驱动程序编程接口提供连接器客户端驱动程序。客户端驱动程序与 Microsoft 提供的 USB 连接器管理器类扩展 (UcmCx) 进行通信，以管理 USB Type-C 连接器的所有方面，例如 CC 检测、PD 消息传送等。对于角色切换，客户端驱动程序将 USB 类型 C 连接器的状态传达给 URS 驱动程序。

下图显示了使用 URS 驱动程序的双角色控制器的 USB 软件驱动程序堆栈。

请注意，URS 驱动程序永远不会同时加载上图中显示的函数堆栈和主机堆栈。 URS 驱动程序将加载函数堆栈或主机堆栈，具体取决于 USB 控制器的角色。

硬件要求

如果要开发利用 URS 驱动程序的平台以提供双角色 USB 功能，则必须满足以下硬件要求：

1. USB 控制器：这些驱动程序由 Microsoft 作为内置驱动程序提供。

Synopsys DesignWare Core USB 3.0 控制器。 INF：UrsSynopsys.inf。

Chipidea High-Speed USB OTG 控制器。 INF：UrsChipidea.inf。

2. ID 引脚中断：非 USB 类型 C 系统的 ID 引脚中断可通过以下两种方式之一实现：

两个边缘触发的中断：一个在连接器上的 ID 引脚接地时触发，另一个在 ID 引脚浮动时触发；
ID 引脚接地时处于活动级别的单个双活动中断；

3. USB 控制器枚举： USB 双角色控制器必须是 ACPI 枚举的。

软件支持

URS 驱动程序需要一个允许通过连接器控制 VBus 的软件接口。此接口特定于 SoC。

Windows 不支持以下 USB OTG 功能：

附件充电器适配器检测 (ACA) ；
会话请求协议 (SRP) ；
主机协商协议 (HNP) ；
(ADP) 附加检测协议；

ACPI 系统配置

若要使用 URS 驱动程序，必须为系统创建 ACPI 定义文件。此外，还必须考虑一些与驱动程序相关的注意事项。

下面是 USB 双角色控制器的示例 ACPI 定义。

//
// You may name the device whatever you want; we don't depend on it being called 'URS0'.
//
Device(URS0)
{
    //
    // Replace with your own hardware ID. Microsoft will add it to the inbox INF,
    // or you may choose to author a custom INF that uses Needs & Includes directives
    // to include sections from the inbox INF.
    //
    Name(_HID, "ABCD1234")

    Name(_CRS, ResourceTemplate() {
        //
        // The register space for the controller must be defined here.
        //
        Memory32Fixed(ReadWrite, 0xf1000000, 0xfffff)


        //
        // The ID pin interrupts, if you are using two edge-triggered interrupts.
        //
        GpioInt(Edge, ActiveHigh, Exclusive, PullUp, 0, "\\_SB.GPI0", 0, ResourceConsumer, , ){0x1001}
        GpioInt(Edge, ActiveHigh, Exclusive, PullUp, 0, "\\_SB.GPI0", 0, ResourceConsumer, , ){0x1002}

        //
        // Following is an example of a single active-both interrupt.
        //
        // GpioInt(Edge, ActiveBoth, Exclusive, PullUp, 0, "\\_SB.GPI0", 0, ResourceConsumer, , ){0x12}
        //

        //
        // For a Type-C platform, you do not need to specify any interrupts here.
        //
    })

    //
    // This child device represents the USB host controller. This device node is in effect
    // when the controller is in host mode.
    // You may name the device whatever you want; we don't depend on it being called 'USB0'.
    //
    Device(USB0)
    {
        //
        // The host controller device node needs to have an address of '0'
        //
        Name(_ADR, 0)
        Name(_CRS, ResourceTemplate() {

            //
            // The controller interrupt.
            //
            Interrupt(ResourceConsumer, Level, ActiveHigh, Exclusive, , , ){0x10}
        })
    }

    //
    // This child device represents the USB function controller. This device node is in effect
    // when the controller is in device/function/peripheral mode.
    // You may name the device whatever you want; we don't depend on it being called 'UFN0'.
    //
    Device(UFN0)
    {
        //
        // The function controller device node needs to have an address of '1'
        //
        Name(_ADR, 1)
        Name(_CRS, ResourceTemplate() {

            //
            // The controller interrupt (this could be the same as the one defined in
            // the host controller).
            //
            Interrupt(ResourceConsumer, Level, ActiveHigh, Exclusive, , , ){0x11}
        })
    }
}

下面是有关 ACPI 文件的main部分的一些说明：

URS0 是 USB 双角色控制器的 ACPI 定义。这是将加载 URS 驱动程序的 ACPI 设备；
USB0 和 UFN0 是 URS0 范围内的子设备。 USB0 和 UFN0 分别表示将由 URS 驱动程序枚举的两个子堆栈，以及主机堆栈和函数堆栈。请注意，_ADR是 ACPI 将这些设备定义与 URS 驱动程序创建的设备对象匹配的方式；
如果控制器对两个角色使用相同的中断，则可以在两个子设备中描述相同的控制器中断。即使在这种情况下，中断仍可描述为“独占”；
可以根据需要对此 ACPI 定义文件进行添加。例如，可以在 ACPI 定义文件中的任何设备上设置任何其他必要的方法或属性。此类添加不会干扰 URS 驱动程序的操作。还可以在相应设备的_CRS中描述任何堆栈中所需的任何其他资源；

URS 驱动程序将硬件 ID 分配给主机和函数堆栈。这些硬件 ID 派生自 URS 设备的硬件 ID。例如，如果 URS 设备的硬件 ID 为 ACPI\ABCD1234，则 URS 驱动程序为主机和函数堆栈创建硬件 ID，如下所示：

主机堆栈：URS\ABCD1234&HOST
功能堆栈：URS\ABCD1234&FUNCTION

INF 驱动程序安装包

如有必要，第三方驱动程序包可以依赖于此方案。如果你是 IHV 或 OEM，并且正在考虑提供自己的驱动程序包，请考虑以下事项：

1. URS 驱动程序包

每个平台上双角色控制器的硬件 ID 预期将添加到 URS 的收件箱 INF 中。但是，如果由于某种原因无法添加 ID，IHV/OEM 可能会提供一个驱动程序包，其中包含需要/包含收件箱 INF 并与其硬件 ID 匹配的 INF。

在 IHV/OEM 要求筛选器驱动程序存在于驱动程序堆栈中的情况下，这是必需的。

2. 主机驱动程序包。

需要/包括 usbxhci.inf 且与主机设备硬件 ID 匹配的 IHV/OEM 提供的驱动程序包。硬件 ID 匹配将基于上一部分所述的方案。

在 IHV/OEM 要求筛选器驱动程序存在于驱动程序堆栈中的情况下，这是必需的。目前windows正在使 URS 驱动程序为主机设备分配 XHCI 兼容 ID。

3. 功能驱动程序包

需要一个 IHV/OEM 提供的驱动程序包，它需要/包括 Ufxsynopsys.inf ，并且与外围设备硬件 ID 相匹配。硬件 ID 匹配将基于上一部分所述的方案。

IHV/OEM 还可以在驱动程序包中包含Filter驱动程序。

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