HcLSThreshold 寄存器详解（OHCI 规范）

1. 功能概述

HcLSThreshold（Low-Speed Threshold Register）是USB OHCI主机控制器中用于优化低速（Low-Speed, 1.5 Mbps）设备传输性能的寄存器。它通过设定一个时间阈值，决定何时将低速设备的传输请求合并到单个帧（Frame）中，以减少总线开销和延迟。

2. 寄存器字段定义

HcLSThreshold 是一个 32 位（Dword） 寄存器，但仅低 15 位 有效（位 14:0），其余位为保留位（必须保持写入时的原始值）。

  • 有效值范围：0x0000 到 0x7FFF（单位：微秒 μs）。
  • 默认值：通常为 0x0628（即 1576 μs ≈ 1.576 ms）。

3. 核心作用

  1. 低速设备传输优化

    • 当低速设备的传输请求预计执行时间 短于 HcLSThreshold 设定的阈值 时，OHCI 会尝试将多个请求合并到同一帧中，避免频繁切换总线速度（全速/低速）。
    • 若传输时间超过阈值，则单独分配一帧。

  2. 减少总线切换开销

    • 低速设备通信需要主机控制器插入额外的 前导包（PREamble Packet），切换总线速度会占用带宽。
    • 通过合并短传输，可降低总线切换频率，提升效率。

4. 驱动（HCD）的配置建议

  1. 默认值适用性

    • 默认值 0x0628（1576 μs）适用于大多数场景，无需修改。
    • 若系统需要更低的低速设备延迟（如键盘/鼠标），可适当减小该值（例如设为 0x03E8 = 1000 μs）。

  2. 修改注意事项

    • 保留位处理：需通过 Read-Modify-Write 操作保留高位（15–31）： 
      uint32_t value = read_reg(HcLSThreshold);
value = (value & 0xFFFF8000) | 0x0628; // 仅修改低15位
write_reg(HcLSThreshold, value);
    • 极端值避免：
      • 设为 0x0000：强制所有低速传输独立占用帧（降低效率）。
      • 设为 0x7FFF：尽可能合并传输（可能增加延迟）。

5. 硬件行为

  • 阈值比较逻辑：
    HC 在调度传输时，会估算低速设备的传输时间（基于数据包大小和协议开销），并与 HcLSThreshold 比较，决定是否合并。
  • 与 HcControl 的关系：仅当 HCFS=10b (USBOPERATIONAL) 时生效。

6. 典型应用场景

  1. 人机接口设备（HID）

    • 键盘/鼠标等低速设备通常发送小数据包，通过合并传输减少延迟。

  2. 多低速设备共存

    • 当多个低速设备连接时，合理的阈值可平衡吞吐量与实时性。

  3. 调试与性能调优

    • 增大阈值可测试总线效率，减小阈值可测试单设备响应速度。

7. 注意事项

  • 全速/高速设备不受影响：仅作用于低速设备（1.5 Mbps）。
  • 与 HcFmInterval 的关联：阈值需小于帧长度（通常 1ms），否则无意义。
  • 硬件依赖性：具体合并算法由 HC 实现决定，不同厂商可能有差异。

中文译名建议

在技术文档中，HcLSThreshold 可译为：

低速设备传输阈值寄存器

或简化为：

低速阈值寄存器

总结

HcLSThreshold 是 OHCI 中针对低速设备的 传输优化寄存器，通过动态合并短传输提升总线效率。驱动开发者通常无需修改默认值，但在特定场景（如实时性要求高的 HID 设备）可微调以平衡性能。