RK3588 kernel-6.1 drivers/usb/dwc2 详细分析：与 USB 2.0 协议的关系及实现方式

1. 文档范围与重要前提

• 目录：rk3588/kernel-6.1/drivers/usb/dwc2/
• 硬件 IP：Synopsys DesignWare USB 2.0 HS OTG（DWC_otg），内核配置项 CONFIG_USB_DWC2（模块常为 dwc2.ko，另有 dwc2_platform.ko / dwc2_pci.ko 视平台而定）。

1.1 「如何实现 USB 2.0 协议」应怎样理解

USB 2.0 规范涵盖 物理层、链路层事务（TOKEN/DATA/HANDSHAKE）、设备框架（Chapter 9）、Hub、类协议 等多层。

在内核里 分层如下：

层级	主要由谁完成
枚举、Hub 拓扑、URB、驱动绑定	drivers/usb/core（hub.c、hcd.c、urb.c 等）
Root Hub IOCTL（端口电源、复位、状态）	DWC2 HCD 通过 hc_driver->hub_control / hub_status_data 与硬件寄存器交互
将 URB 转为 USB 2.0 事务调度（控制/批量/中断/同步，HS/FS/LS，Split，SOF 对齐）	dwc2 主机代码（hcd*.c、hcd_queue.c、hcd_intr.c、hcd_ddma.c）+ 片内 DWC_otg 硬件
Gadget：作为设备响应主机	gadget.c + core*.c，对接 usb_gadget

也就是说：DWC2 驱动并不在用户空间「重写一整份 USB 2.0 规范文档」，而是通过 Linux hc_driver API 与 usbcore 协作，并对 DWC_otg 寄存器/DMA 描述符 编程，使硬件在总线上发出符合 USB 2.0 的 包与事务；设备描述符、SET_ADDRESS、SET_CONFIGURATION 等 逻辑流程 仍以 usbcore 为主。

---

2. 源码文件与编译关系

依据 Makefile：

目标	源文件	作用概要
dwc2	core.c	Host/Device 共用：全局寄存器、模式、FIFO、挂起恢复备份、电源相关 等。
	core_intr.c	共用中断分发：OTG、模式不匹配、端口、再委托 Host/Device。
	platform.c	platform driver：DT、dr_mode、时钟/复位/PHY、注册 HCD 或 UDC。
	params.c	硬件参数 / quirks 解析与默认策略。
	drd.c（dual-role）	usb_role_switch：Host/Device 角色切换、GOTGCTL 覆盖等。
主机	hcd.c	struct hc_driver 实现：urb_enqueue、Root Hub、端口、启动停止、DMA 映射钩子。
	hcd_intr.c	主机中断：SOF、通道完成、NAK、Split、TT clear、帧号。
	hcd_queue.c	QH/QTD、周期带宽位图、主机通道分配与事务入队。
	hcd_ddma.c	Descriptor DMA：描述符链、帧列表（与 dma_desc_enable 等参数相关）。
设备	gadget.c	USB Gadget UDC：端点、usb_request、EP0 状态机、DMA/PIO。
其它	pci.c	PCI 绑定 EHCI companion 协调（若启用 USB_DWC2_PCI）。
	debugfs.c	调试接口。
	hw.h	寄存器偏移与位域常量（硬件手册级别）。

主机与 Gadget 互斥或共存 由 Kconfig 的 USB_DWC2_HOST / PERIPHERAL / DUAL_ROLE 决定。

---

3. 主机模式：从 URB 到 USB 2.0 事务

3.1 Linux 侧的入口：hc_driver

hcd.c 中 dwc2_hc_driver 声明了 DWC2 作为 USB 2.0 主机控制器 对 usbcore 的回调（节选语义）：

static struct hc_driver dwc2_hc_driver = {
	.description = "dwc2_hsotg",
	.product_desc = "DWC OTG Controller",
	.hcd_priv_size = sizeof(struct wrapper_priv_data),

	.irq = _dwc2_hcd_irq,
	.flags = HCD_MEMORY | HCD_USB2 | HCD_BH,

	.start = _dwc2_hcd_start,
	.stop = _dwc2_hcd_stop,
	.urb_enqueue = _dwc2_hcd_urb_enqueue,
	.urb_dequeue = _dwc2_hcd_urb_dequeue,
	.endpoint_disable = _dwc2_hcd_endpoint_disable,
	.endpoint_reset = _dwc2_hcd_endpoint_reset,
	.get_frame_number = _dwc2_hcd_get_frame_number,

	.hub_status_data = _dwc2_hcd_hub_status_data,
	.hub_control = _dwc2_hcd_hub_control,
	.clear_tt_buffer_complete = _dwc2_hcd_clear_tt_buffer_complete,
	...
	.map_urb_for_dma	= dwc2_map_urb_for_dma,
	.unmap_urb_for_dma	= dwc2_unmap_urb_for_dma,
};

• HCD_USB2：向核心声明这是 USB 2.0 主机控制器。
• urb_enqueue：usb_submit_urb() 最终会把 URB 交给这里。
• hub_*：软件 Root Hub 行为由 usbcore 的 Hub 逻辑驱动，端口级硬件操作在 hub_control 里通过 HPRT 等寄存器 完成。

3.2 内部抽象：dwc2_hcd_urb → QH → QTD → Host Channel

hcd.h 中说明：HCD 负责把 USB Driver（此处即 usbcore + 设备驱动） 的请求转换为 DWC_otg 上的动作。

典型链路：

1. _dwc2_hcd_urb_enqueue() 把 struct urb 包装为 struct dwc2_hcd_urb，并挂到 dwc2_qh（队列头） 与 dwc2_qtd（传输描述）。
2. dwc2_hcd_urb_enqueue() 调用 dwc2_hcd_qtd_init / dwc2_hcd_qtd_add，必要时触发 dwc2_hcd_select_transactions → dwc2_hcd_queue_transactions，把事务发到 主机通道（Host Channel）。
3. struct dwc2_host_chan 承载 USB 2.0 事务参数：设备地址、端点号、方向、速度（LS/FS/HS）、传输类型（控制/同步/批量/中断）、max_packet、DATA0/DATA1/SETUP/PING、以及 Split（do_split、hub_addr、hub_port、complete_split、xact_pos）——对应规范里经 Hub TT 访问 低速/全速 设备的 分割事务。

硬件在每个 帧/微帧 内执行通道上的事务；驱动负责 不与周期带宽冲突、正确拆分 Split、处理 NAK/PING/STALL 等。

3.3 SOF 与周期调度

hcd_intr.c 中 dwc2_sof_intr()（注释）：SOF 中断到来时更新帧号，把满足 next_active_frame 的周期 QH 从 periodic_sched_inactive 移到 periodic_sched_ready，再 dwc2_hcd_select_transactions / dwc2_hcd_queue_transactions。

这对应 USB 2.0 高速微帧 125µs 下的 中断/同步传输调度；全速/低速则在 1ms 帧 视角下配合 Split。

3.4 周期带宽：hcd_queue.c

dwc2_check_periodic_bandwidth() 等函数按 高速约 80%/帧微帧、全速约 90%/帧 的惯例预留 微秒级带宽（注释中与规范常用比例一致），并用 pmap_schedule() 一类 位图 在多个 interval 上占位，避免周期传输饿死。

3.5 Descriptor DMA：hcd_ddma.c

当 参数启用 Descriptor DMA 时，由 hcd_ddma.c 维护 DMA 描述符链表、帧列表索引 等，减轻 CPU 逐包配置通道的负担；等价的「协议含义」仍是 USB 2.0 事务，只是 提交方式 由硬件扫描描述符完成。

3.6 PIO / Slave 与 Internal DMA

hcd.c 里 dwc2_gahbcfg_init()：区分 Slave-only 与 Internal DMA，host_dma 为假时会启用 GINTSTS_RXFLVL 等路径依赖 FIFO 中断搬运——事务语义不变，数据路径不同。

3.7 TT 与 clear_tt_buffer

低速/全速设备挂在高速 Hub 下时，usbcore 维护 usb_tt；DWC2 在 hcd_intr.c（如 dwc2_hc_handle_tt_clear）中与 usb_hub_clear_tt_buffer() 协作，满足规范对 TT 缓冲区 的要求。

---

4. Root Hub 与端口（与 Chapter 9 / Hub 章节的关系）

• 逻辑枚举（读描述符、SET_ADDRESS、选配置）在 usbcore/hub.c。
• 物理端口（供电、复位、连接检测、速度指示）由 dwc2 的 hub_control/hub_status_data 读 HPRT0 等完成。
• core_intr.c 中 dwc2_handle_usb_port_intr 处理端口相关 PRTINT 状态清除。

因此：协议状态机在软件上层，电气与端口状态在 DWC2 + PHY。

---

5. Gadget 模式：作为 USB 2.0 设备

gadget.c（历史继承自 Samsung/Openmoko S3C HSOTG）实现 struct usb_gadget：

• EP0：SETUP 解析、状态阶段、与 composite 上层协作。
• 其它端点：批量/中断/同步 请求队列，DMA 描述符链（dwc2_hsotg_ep 中的 desc_list）或 PIO。
• core.h 中 EP0_MPS_LIMIT 等注释反映 硬件对 EP0 IN 长度的限制，属于 实现约束，不是协议重写。

此时 USB 2.0「设备侧」 行为由 硬件 + gadget.c 响应主机令牌与数据阶段。

---

6. DRD 与 OTG：drd.c、core_intr.c

drd.c 在 dual-role 下配合 usb_role_switch，通过 GOTGCTL 的 override 位强制 A-session/B-session VALID，并 dwc2_force_mode 切换 Host/Device。

core_intr.c 处理 OTG、会话、ID、连接 ID 变化 等与 OTG 补充规范 相关的事件（具体取决于硬件能力与 DTS）。

---

7. 平台初始化：platform.c、params.c

• dwc2_get_dr_mode()：对齐 硬件模式 / Kconfig / DT dr_mode（与 DWC3 dwc3_get_dr_mode 思想类似）。
• 时钟、复位、phy_init、供电 regululator、usb_create_hcd / usb_add_hcd 或 usb_gadget_register_driver 均在 platform.c 路径串联。

params.c 根据 HWCFG 或 DT 填充 dwc2_core_params（通道数、FIFO、DMA 模式等），直接影响 能否支撑 HS 高带宽同步、Split 等。

---

8. 小结表：DWC2 与 USB 2.0「协议栈」的对应

USB 2.0 相关内容	主要实现位置
设备枚举、Hub 树、URB	drivers/usb/core
Root Hub 端口寄存器、SOF、通道事务、Split、PING/NAK	dwc2 HCD + DWC_otg 硬件
描述符 DMA / 帧列表（可选）	hcd_ddma.c
PHY、FIFO、时钟	platform.c、core.c、phy
设备模式 EP0/数据传输	gadget.c + IP
OTG/双角色	drd.c、core_intr.c

---

9. 延伸阅读（本仓库）

文档
drivers-usb-core详细分析.md
USB总线枚举匹配与数据传输分析.md
drivers-usb目录结构与分层原理.md

---

基于 rk3588/kernel-6.1/drivers/usb/dwc2 源码整理；寄存器细节以 Synopsys DWC_otg 数据手册与 SoC TRM 为准。