HcRhDescriptorA 寄存器详解（OHCI 规范）

1. 功能概述

HcRhDescriptorA 是 USB OHCI 主机控制器中 根集线器（Root Hub） 的核心配置寄存器，用于描述根集线器的 物理特性 和 全局行为，例如端口数量、电源管理模式等。该寄存器在主机控制器初始化阶段由驱动（HCD）配置，且不受主机控制器状态影响（始终可写）。

2. 寄存器字段定义

HcRhDescriptorA 为 32 位（Dword） 寄存器，具体位域如下：

3. 典型配置示例

场景 1：2 端口独立电源控制

// NDP=2, PSM=1 (每端口电源), NPS=0 (支持开关), DT=0 (通用集线器), OCPM=1 (独立过流保护)
uint32_t value = (0x02 << 24) | (1 << 13) | (0 << 12) | (0 << 11) | (1 << 8);
write_reg(HcRhDescriptorA, value);

场景 2：4 端口全局电源（低成本设计）

// NDP=4, PSM=0 (全局电源), NPS=0, OCPM=0 (全局过流)
uint32_t value = (0x04 << 24) | (0 << 13) | (0 << 12) | (0 << 8);
write_reg(HcRhDescriptorA, value);

4. 硬件行为

• 初始化要求：
  该寄存器必须在 主机控制器启动前 配置，以匹配硬件设计（如端口数量、电源电路类型）。
• 与 HcRhDescriptorB 的关系：
  DescriptorA 定义基础特性，DescriptorB 补充扩展功能（如端口电流限制）。
• 状态无关性：
  无论主机控制器处于 USBRESET 或 USBOPERATIONAL 状态，均可修改此寄存器。

5. 注意事项

1. 端口数量（NDP）：

   • 必须与实际物理端口数一致，否则可能导致未定义行为。
   • OHCI 规范限定最大 15 个端口（0x0F）。

2. 电源与过流配置：

   • 若硬件不支持某功能（如独立电源），需将 NPS 或 NOCP 设为 1。
   • 错误配置可能损坏设备（如禁用过流保护时短路）。

3. 复合设备（DT=1）：

   • 仅当根集线器与主机控制器为同一物理芯片时使用，需配合 HcRhDescriptorB 配置。

中文译名与术语

• HcRhDescriptorA → 根集线器描述符寄存器A
• NDP → 下行端口数量
• PSM → 电源切换模式
• OCPM → 过流保护模式

总结

HcRhDescriptorA 是 OHCI 根集线器的 硬件能力声明寄存器，驱动开发者需根据实际硬件特性（如端口数、电源设计）精准配置，否则可能导致功能异常或硬件故障。配置时需严格遵循字段定义，并优先参考具体硬件手册的推荐值。

v1.0

bit[9] NPS

NoPowerSwitching (NPS) 位详解

1. 功能定义

NoPowerSwitching（NPS）是 HcRhDescriptorA 寄存器中的一个控制位（位12），用于声明 根集线器（Root Hub）的电源管理能力：

• 0：根集线器的端口支持 电源开关控制（可通过软件开启/关闭端口供电）。
• 1：端口 始终供电（只要主机控制器上电，端口即带电，无软件控制能力）。

2. 与 PowerSwitchingMode (PSM) 的关系

• 当 NPS=0 时：
  PSM（位23-13）进一步指定电源切换模式：
  • PSM=0：全局电源切换（所有端口共用一个电源开关）。
  • PSM=1：每端口独立电源切换（每个端口有独立开关）。
• 当 NPS=1 时：
  PSM 字段无效（硬件忽略其值），端口始终供电。

3. 硬件依赖性与配置建议

• 实现相关：
  该功能完全依赖硬件设计。若硬件无电源开关电路，必须设 NPS=1。
• 典型场景：
  • 低成本设计：NPS=1（省去电源开关电路）。
  • 高灵活性设计：NPS=0 + PSM=1（支持独立控制每个端口的电源）。

4. 驱动开发注意事项

• 初始化时必须配置：

  // 示例：禁用电源切换（端口始终供电）
  uint32_t desc_a = read_reg(HcRhDescriptorA);
  desc_a |= (1 << 12);  // 设置 NPS=1
  write_reg(HcRhDescriptorA, desc_a);

• 安全影响：
  • NPS=1 时，无法通过软件切断故障端口的电源，可能增加短路风险。
  • 若硬件实际支持电源切换但误设 NPS=1，会导致电源管理功能失效。

5. 与 USB 协议的关联

• USB 2.0 规范要求：
  集线器必须支持电源切换（NPS=0），除非是 总线供电（Bus-Powered） 的低功耗集线器。
• OHCI 的灵活性：
  允许通过 NPS 位适配不同硬件设计，但需在驱动中正确声明。

中文技术术语

• NoPowerSwitching (NPS) → 无电源切换
• PowerSwitchingMode (PSM) → 电源切换模式
• Global/Per-Port Switching → 全局/每端口电源切换

总结

NoPowerSwitching 是硬件能力的声明位，驱动开发者需根据实际电路设计配置该位，并确保与 PSM 字段的逻辑一致性。错误配置可能导致电源管理功能异常或硬件兼容性问题。

bit[31,24] POTPGT

PowerOnToPowerGoodTime (POTPGT) 参数详解

1. 功能定义

PowerOnToPowerGoodTime（简称 POTPGT）是 USB 根集线器（Root Hub）的一个关键时间参数，用于指定 从端口电源开启到稳定可用的最小等待时间。

• 单位：2 ms（毫秒）
• 计算公式：实际等待时间 = POTPGT 值 × 2 ms

2. 作用场景

当主机控制器驱动（HCD）通过 HcRhPortStatus[n].PPS（Port Power Status）开启某端口的电源后，必须等待 POTPGT × 2 ms 才能对该端口执行操作（如复位、枚举设备）。

• 硬件依赖：该值由根集线器硬件设计决定（如电源电路响应速度）。

3. 典型配置

4. 驱动开发实现

// 示例：开启端口后等待电源稳定
void enable_port(uint8_t port_num) {
    // 1. 开启端口电源
    write_reg(HcRhPortStatus[port_num], (1 << PPS)); // PPS=1

    // 2. 读取 POTPGT（通常存储在 HcRhDescriptorB 或硬件手册指定位置）
    uint8_t potpgt = (read_reg(HcRhDescriptorB) >> 24) & 0xFF;

    // 3. 计算等待时间（单位：微秒）
    uint32_t delay_us = potpgt * 2000; // 2 ms → 2000 μs

    // 4. 延时（需根据操作系统选择API）
    udelay(delay_us); // Linux内核中的微秒级延时函数
}

5. 硬件行为

• 电源稳定信号：
  硬件内部通过电压检测电路判断电源是否达到 VBUS 稳定值（通常 4.75–5.25V），但软件仅需依赖 POTPGT 计时。
• 超时处理：
  若等待时间不足，后续端口操作（如发送复位信号）可能导致设备枚举失败。

6. 注意事项

1. 默认值：
   • 硬件复位后 POTPGT 通常为 0x02（4 ms），但需以硬件手册为准。
2. 与 USB 协议的关系：
   • USB 2.0 规范要求至少 100 ms 的端口电源稳定时间（对应 POTPGT=0x32）。
   • OHCI 允许更小值以提高性能，但可能降低兼容性。
3. 调试建议：
   • 若设备频繁枚举失败，可尝试增大 POTPGT 值（如设为 0x64/200 ms）。

中文术语

• PowerOnToPowerGoodTime → 电源开启至稳定时间
• Port Power Status (PPS) → 端口电源状态
• VBUS → 总线电压（USB 电源线）

总结

POTPGT 是平衡 电源稳定性 与 枚举速度 的关键参数，驱动开发者需根据硬件手册配置合理值，并在电源操作后严格遵循等待时间，确保 USB 设备的可靠识别。