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基于DWC2的USB驱动开发-0x0D PHY寄存器读写代码编写与测试 (qq.com)
(资料图)
PHY寄存器读写
1.1前言
我们前面重点介绍了ULPI接口和PHY的寄存器，这一篇来进行PHY寄存器读写的代码编写与测试。从这一篇开始就正真进入了驱动编写的过程了。
1.2 GPVNDCTL寄存器介绍
DWC2提供了读写PHY寄存器的机制，对于应用来说就是操作一个寄存器GPVNDCTL:PHY供应商控制寄存器。能够读写PHY寄存器这在有些底层问题分析时很重要。
《DesignWare Cores USB2.0 Hi-Speed On-TheGo (OTG) Databook》的P391 5.4.14 GPVNDCTL 有该寄存器的介绍。
IP必须配置OTG_VENDOR_CTL_INTERFACE = 1 才支持该功能。
GHWCFG3寄存器的b9查看该配置值。
对于UTMI+PHY，DWC_otg核心使用UTMI+供应商控制接口进行PHY寄存器访问。对于ULPI PHY，核心使用ULPI接口进行PHY寄存器访问。应用程序设置GPVNDCTL来访问PHY寄存器，并对PHY寄存器的访问进行计时，应用程序轮询此寄存器中的VStatus Done位来确认是否完成PHY寄存器的访问。
该寄存器的描述如下
偏移0x34 访问大小32位
我们重点关注和PHY读写有关的位域,其他的位暂时用不到,先不管。
NewRegReq: 软件写1触发一次操作。
VStsDone: 当应用程序设置NewRegReq为1时，硬件清除该位，操作完成后硬件再置位该位。软件查询该位以判断是否完成，注意代码中需要考虑查询超时机制。
VStsBsy: 忙标志,正在进行操作时硬件置位该位，操作完成时硬件清零，可以认为是和VStsDone相反的标志。
RegWr: 0表示读PHY寄存器，1表示写PHY寄存器
RegAddr: PHY寄存器地址,PHY立即寄存器的6位地址。设置为6"h2F用于扩展PHY寄存器集访问。
VCtrl:UTMI+供应商控制寄存器地址（VCtrl）供应商定义的4位并行输出总线的4位寄存器地址。该字段的位11:8被置于utmi_vontrol[3:0]上。ULPI扩展寄存器地址（ExtRegAddr）PHY扩展寄存器地址。
RegData: 写寄存器时写入寄存器的数据。读寄存器时读到的寄存器内容，设置VStatus Done时有效。
DisUlpiDrvr:读写PHY寄存器无关，
应用程序在完成ULPI Carkit中断（GINTSTS.ULPICKINT）处理后设置此位。设置后，控制器将禁用输出信号的驱动器，并屏蔽ULPI接口的输入信号。控制器在启用ULPI接口之前清除该位。
1.3 代码编写
读PHY寄存器
RegWr设置为0RegAddr设置为立即寄存器的6位地址，如果是扩展寄存器则设置为0x2F且设置VCtrl为扩展寄存器的值。NewRegReq置1启动操作等待VStsDone变为1读出RegData写PHY寄存器
RegWr设置为1RegAddr设置为立即寄存器的6位地址，如果是扩展寄存器则设置为0x2F且设置VCtrl为扩展寄存器的值。RegData设置为待写入寄存器的值NewRegReq置1启动操作等待VStsDone变为1代码如下
/** * \\fn static uint8_t hw_dwc2_is_vndctlsupt(void) * 判断是否支持供应商控制接口（VndctlSupt） * \\retval 0 不支持 供应商控制接口（VndctlSupt） * \\retval 1 支持*/static uint8_t hw_dwc2_is_vndctlsupt(void){ return ((USB_OTG_READ_REG(CFG_GHWCFG3_ADDR) & VNDCTLSUPT_MASK) > > VNDCTLSUPT_OFFSET) & 0x01; //return (uint8_t)(s_dwc2_reg_t- >ghwcfg3._b.vndctlsupt);}/** * \\fn int hw_dwc2_read_phyreg(uint8_t regaddr, uint8_t* regval, uint32_t timeout) * \\param[in] regaddr PHY寄存器,立即寄存器和扩展寄存器统一编码,高2位为0表示立即寄存器, * 高两位不为0表示扩展寄存器。 * \\param[out] regval 存储读出的寄存器值 * \\param[in] timeout 查询是否完成的次数 * \\retval -1 不支持供应商控制接口（VndctlSupt） * \\retval -2 读超时 * \\retval 0 读成功*/int hw_dwc2_read_phyreg(uint8_t regaddr, uint8_t* regval, uint32_t timeout){ /* 判断是否支持供应商控制接口（VndctlSupt） */ if(hw_dwc2_is_vndctlsupt() == 0) { return -1; }#if 0 s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regwr = 0; /* 读模式 */ if((regaddr & 0xC0) != 0) { /* 扩展寄存器 */ s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regaddr = 0x2F; s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vctrl = regaddr; } else { /* 立即寄存器 */ s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regaddr = regaddr; s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vctrl = 0; } s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.newregreq = 1; /* 启动操作 */ while ((s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vstsdone == 0) && (timeout-- > 0)); /* 等待完成 */ /* 根据标志返回值或者错误 */ if(s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vstsdone != 0) { *regval = s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regdata; //s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vstsdone = 1; /* newregreq =1时硬件清0，没必要手动清零 */ return 0; } else { return -2; }#else uint32_t tmp = 0; tmp &= ~REGWR_MASK; /* 读模式 */ if((regaddr & 0xC0) != 0) { /* 扩展寄存器 */ tmp |= ((uint32_t)0x2F < < REGADDR_OFFSET); tmp |= ((uint32_t)regaddr < < VCTRL_OFFSET); } else { /* 立即寄存器 */ tmp |= ((uint32_t)regaddr < < REGADDR_OFFSET); tmp |= ((uint32_t)0 < < VCTRL_OFFSET); } tmp |= NEWREGREQ_MASK; /* 启动操作 */ USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR,tmp); while(((USB_OTG_READ_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR)&VSTSDONE_MASK) == 0) && (timeout-- > 0)); /* 等待完成 */ if(((USB_OTG_READ_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR)&VSTSDONE_MASK) != 0)) { *regval = (USB_OTG_READ_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR) > > REGDATA_OFFSET) & 0xFF; /* 读出寄存器的值 */ USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR,USB_OTG_READ_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR) | VSTSDONE_MASK); /* newregreq =1时硬件清0，没必要手动清零 */ return 0; } else { return -2; }#endif}/** * \\fn int hw_dwc2_write_phyreg(uint8_t regaddr, uint8_t regval, uint32_t timeout) * \\param[in] regaddr PHY寄存器,立即寄存器和扩展寄存器统一编码,高2位为0表示立即寄存器, * 高两位不为0表示扩展寄存器。 * \\param[out] regval 写入寄存器的值 * \\param[in] timeout 查询是否完成的次数 * \\retval -1 不支持供应商控制接口（VndctlSupt） * \\retval -2 读超时 * \\retval 0 读成功*/int hw_dwc2_write_phyreg(uint8_t regaddr, uint8_t regval, uint32_t timeout){ /* 判断是否支持供应商控制接口（VndctlSupt） */ if(hw_dwc2_is_vndctlsupt() == 0) { return -1; }#if 0 /* 不能使用结构体单位域操作，因为regdata需要vstsdone=1才能访问 * 且vstsdone是W1C，所以单位域读-修改-写时vstsdone写入1导致清0，导致后面regdata不能写入 */ s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regwr = 1; /* 写模式 */ if((regaddr & 0xC0) != 0) { /* 扩展寄存器 */ s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regaddr = 0x2F; s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vctrl = regaddr; } else { /* 立即寄存器 */ s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regaddr = regaddr; s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vctrl = 0; } s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.regdata = regval; /* 写入寄存器的值 */ s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.newregreq = 1; /* 启动操作 此时regdata回读未0，导致回写为0 不对*/ while ((s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vstsdone == 0) && (timeout-- > 0)); /* 等待完成 */ /* 根据标志返回值或者错误 */ if(s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vstsdone != 0) { // s_dwc2_reg_t- >gpvndctl._b.vstsdone = 1; /* newregreq =1时硬件清0，没必要手动清零 */ return 0; } else { return -2; }#else uint32_t tmp = 0; tmp |= REGWR_MASK; /* 写模式 */ if((regaddr & 0xC0) != 0) { /* 扩展寄存器 */ tmp |= ((uint32_t)0x2F < < REGADDR_OFFSET); tmp |= ((uint32_t)regaddr < < VCTRL_OFFSET); } else { /* 立即寄存器 */ tmp |= ((uint32_t)regaddr < < REGADDR_OFFSET); tmp |= ((uint32_t)0 < < VCTRL_OFFSET); } tmp |= ((uint32_t)regval < < REGDATA_OFFSET); /* 写入寄存器的值 */ tmp |= NEWREGREQ_MASK; /* 启动操作 */ USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR,tmp); while(((USB_OTG_READ_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR)&VSTSDONE_MASK) == 0) && (timeout-- > 0)); /* 等待完成 */ if(((USB_OTG_READ_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR)&VSTSDONE_MASK) != 0)) { USB_OTG_WRITE_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR,USB_OTG_READ_REG(CFG_GPVNDCTL_ADDR) | VSTSDONE_MASK); /* newregreq =1时硬件清0，没必要手动清零 */ return 0; } else { return -2; }#endif}1.4 测试
1.4.1 立即寄存器读VID PID
这里使用的PHY型号是USB3343
VID PID寄存器值如下
测试代码如下
uint8_t regval; int res = 0; /* 读VID PID */ res = hw_dwc2_read_phyreg(0x00,®val,1000); if(res != 0) { return res; } usb_hal_info("[VIDL]:0x%x\\r\\n",regval); res = hw_dwc2_read_phyreg(0x01,®val,1000); if(res != 0) { return res; } usb_hal_info("[VIDH]:0x%x\\r\\n",regval); res = hw_dwc2_read_phyreg(0x02,®val,1000); if(res != 0) { return res; } usb_hal_info("[PIDL]:0x%x\\r\\n",regval); res = hw_dwc2_read_phyreg(0x03,®val,1000); if(res != 0) { return res; } usb_hal_info("[PIDH]:0x%x\\r\\n",regval);打印如下，可以看到读出的值是正确的
也可以直接使用仿真器修改寄存器操作
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x02000000 // 读0寄存器
(gdb) x /1xw 0x03000034
0x3000034: 0x08000024
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x02010000 // 读1寄存器
(gdb) x /1xw 0x03000034
0x3000034: 0x08010004
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x02020000 // 读2寄存器
(gdb) x /1xw 0x03000034
0x3000034: 0x08020009
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x02030000 // 读3寄存器
(gdb) x /1xw 0x03000034
0x3000034: 0x08030000
1.4.2 立即寄存器读写寄存器
0x16处的Scratch寄存器是用户可以自由使用的寄存器，可以使用该寄存器测试
0x16对应读写
0x17对应Set
0x18对应Clr
测试代码如下
/* 读Scratch Register初始值 */ res = hw_dwc2_read_phyreg(0x16,®val,1000); if(res != 0) { return res; } usb_hal_info("[Scratch Register]:0x%x\\r\\n",regval); /* 写入0x55回读是否正确 */ hw_dwc2_write_phyreg(0x16,0x55,1000); if(res != 0) { return res; } res = hw_dwc2_read_phyreg(0x16,®val,1000); if(res != 0) { return res; } if(regval != 0x55) { usb_hal_info("[Scratch Register Write Err]:0x%x\\r\\n",regval); } else { usb_hal_info("[Scratch Register Write OK]:0x%x\\r\\n",regval); } /* 0x55置位0xAA变为0xFF */ hw_dwc2_write_phyreg(0x17,0xAA,1000); if(res != 0) { return res; } res = hw_dwc2_read_phyreg(0x16,®val,1000); if(res != 0) { return res; } if(regval != 0xFF) { usb_hal_info("[Scratch Register Set Err]:0x%x\\r\\n",regval); } else { usb_hal_info("[Scratch Register Set OK]:0x%x\\r\\n",regval); } /* 0xFF清除0x55变为0xAA */ hw_dwc2_write_phyreg(0x18,0x55,1000); if(res != 0) { return res; } res = hw_dwc2_read_phyreg(0x16,®val,1000); if(res != 0) { return res; } if(regval != 0xAA) { usb_hal_info("[Scratch Register Clr Err]:0x%x\\r\\n",regval); } else { usb_hal_info("[Scratch Register Clr OK]:0x%x\\r\\n",regval); }打印如下
直接使用仿真器操作
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x02560055 //写0x16寄存器为0x55
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x02160000 //读0x16寄存器
(gdb) x /1xw 0x03000034 //查看读回来的值为0x55 正确
0x3000034: 0x08160055
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x025700AA //设置0x16寄存器，即操作0x17置位0xAA位
(gdb) set (unsigned int)0x03000034=0x02160000 //读0x16寄存器
(gdb) x /1xw 0x03000034
0x3000034: 0x081600ff //查看读回来的值为0xFF 正确
(gdb)
1.4.3 问题
位域操作和宏操作
写regwr时 done标志被清零了，因为是读-修改-写的方式，VstsDone读出来为1再修改其他位回写时VstsDone写入1，但是该位为W1C，写1清0，所以回写时会清除标志。虽然这里不会有什么问题，但是这里有编程者未意料到的副作用，在其他地方可能会导致问题，所以不建议使用位域一步步的操作。位域的操作可能被优化，比如这里位于regdata等因为是字节对齐的，所以使用了字节操作指令，但是按照DWC2手册应该要求都是按照32位访问的，所以这里带来了未预料的问题。写入regdata后，实际上回读的值是0，所以最后s_dwc2_reg_t->gpvndctl._b.newregreq = 1;读-写0修改后读出regdata是0，再写入就是0了，而不是上一步写入的s_dwc2_reg_t->gpvndctl._b.regdata = regval;了，所以不能使用这种位域一步步设置的方式。以下验证regdata写入是不能回读的，写入0x55回读是0
所以regdata在手册中描述的rw不完全是可读可写，而是写时只写不可读，读时只有Vstsdone才能读。
位域操作有太多的副作用，比如上面的W1C，写入不能回读，位域访问宽度被优化修改，等等都可能导致问题，而且位域一步步操作都需要读-修改-写，所以效率也低，最好使用直接的寄存器宏一次读出，临时变量存储修改，最后一次写入的方式。所以不能使用结构体一步一步修改的方式，而是使用宏，一次性修改整个寄存器。
1.5总结
以上测试了PHY立即寄存器的读写，由于使用的PHY USB3343没有扩展寄存器，所以扩展寄存器读写没有测试。注意上面也介绍了尽量使用宏的方式进行寄存器操作，而不要使用位域的方式，位域的方式存在诸多副作用。
审核编辑：汤梓红
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