4. USB控制器设备树绑定

USB控制器（USB Controller）是SoC内部负责实现USB协议栈的硬件模块，其设备树节点（Device Tree Node）描述了控制器的寄存器基址、中断号、时钟、复位、PHY接口以及DMA能力等关键资源。本章将系统讲解通用USB控制器节点的绑定规范，并逐一给出EHCI、OHCI、xHCI以及DWC3控制器的完整设备树示例。

4.1 通用USB控制器节点绑定规范

所有USB控制器节点共享一组核心属性，这些属性在Documentation/devicetree/bindings/usb/generic.txt中有明确定义。下表列出了通用USB控制器节点的标准属性及其说明：

4.2 EHCI/OHCI控制器设备树节点示例

EHCI（Enhanced Host Controller Interface）和OHCI（Open Host Controller Interface）是USB 2.0时代最经典的主机控制器对。在大多数SoC中，EHCI负责高速（480 Mbps）传输，OHCI负责全速/低速（12/1.5 Mbps）传输，两者共享同一个USB PHY。

以下是一个典型的EHCI+OHCI组合设备树节点示例：

/* EHCI控制器节点 */
usb_ehci: usb@ee080000 {
    compatible = "generic-ehci", "usb-ehci";
    reg = <0x0 0xee080000 0x0 0x100>;
    interrupts = <GIC_SPI 67 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    phys = <&usb_phy0>;
    phy-names = "usb";
    clocks = <&clkc CLK_USB_EHCI>;
    resets = <&rstc RST_USB_EHCI>;
    status = "okay";
};

/* OHCI控制器节点 */
usb_ohci: usb@ee090000 {
    compatible = "generic-ohci", "usb-ohci";
    reg = <0x0 0xee090000 0x0 0x100>;
    interrupts = <GIC_SPI 68 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    phys = <&usb_phy0>;
    phy-names = "usb";
    clocks = <&clkc CLK_USB_OHCI>;
    resets = <&rstc RST_USB_OHCI>;
    status = "okay";
};

下图展示了EHCI/OHCI控制器与PHY、系统总线之间的硬件连接关系：

4.3 xHCI控制器设备树节点示例

xHCI（eXtensible Host Controller Interface）是USB 3.0时代的主机控制器标准，向下兼容USB 2.0和USB 1.x。xHCI控制器通常需要同时连接USB2 PHY和USB3 PHY，或者使用一个支持双模式的SuperSpeed PHY。

以下是一个典型的xHCI控制器设备树节点：

/* xHCI控制器节点 */
usb_xhci: usb@f0930000 {
    compatible = "xlnx,zybo-z7-xhci", "generic-xhci", "usb-xhci";
    reg = <0x0 0xf0930000 0x0 0x10000>;
    interrupts = <GIC_SPI 70 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    phys = <&usb2_phy>, <&usb3_phy>;
    phy-names = "usb2-phy", "usb3-phy";
    clocks = <&clkc CLK_USB_XHCI>;
    resets = <&rstc RST_USB_XHCI>;
    maximum-speed = "super-speed";
    dr_mode = "host";
    status = "okay";
};

xHCI控制器的中断处理比EHCI/OHCI更复杂，因为它需要处理所有端口的事件。下表对比了三种主机控制器的关键差异：

4.4 DWC3控制器设备树节点示例

DWC3（DesignWare Core USB 3.0）是Synopsys公司推出的双角色（Dual-Role）USB控制器IP核，广泛用于移动SoC和嵌入式平台。DWC3支持Host、Peripheral和OTG三种模式，其设备树节点结构比xHCI更复杂，通常包含一个glue层节点和一个核心节点。

以下是一个典型的DWC3控制器设备树节点（以TI AM65x平台为例）：

/* DWC3 glue层节点 */
dwc3_glue: dwc3@f9000000 {
    compatible = "ti,am654-dwc3", "syscon";
    reg = <0x0 0xf9000000 0x0 0x1000>;
    #address-cells = <2>;
    #size-cells = <2>;
    ranges;
    clocks = <&clkc CLK_USB_DWC3>;
    clock-names = "ref";
    resets = <&rstc RST_USB_DWC3>;

    /* DWC3核心节点 */
    usb_dwc3: usb@f9100000 {
        compatible = "snps,dwc3";
        reg = <0x0 0xf9100000 0x0 0x10000>;
        interrupts = <GIC_SPI 72 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
        phys = <&usb2_phy>, <&usb3_phy>;
        phy-names = "usb2-phy", "usb3-phy";
        dr_mode = "otg";
        maximum-speed = "super-speed";
        snps,dis_u2_susphy_quirk;
        snps,dis_u3_susphy_quirk;
        snps,usb3_lpm_capable;
        status = "okay";
    };
};

下图展示了DWC3控制器的内部架构及其与PHY、系统总线的连接关系：

4.5 多控制器协同与PHY共享策略

在实际嵌入式系统中，经常出现多个USB控制器共享同一个PHY的场景，例如EHCI+OHCI组合、或者DWC3同时连接USB2和USB3 PHY。以下是几种常见的PHY共享策略：

• 完全共享：EHCI和OHCI共享同一个USB2 PHY，通过UTMI+接口分时复用。PHY驱动需要实现引用计数，确保两个控制器不会同时操作PHY寄存器。
• 独立PHY：DWC3同时连接USB2 PHY和USB3 PHY，两个PHY独立工作，互不干扰。设备树中通过“phys”属性顺序绑定。
• PHY切换：某些SoC支持通过GPIO或寄存器切换PHY的归属，例如将同一个PHY从EHCI切换到DWC3。设备树中需要添加“phy-handle”和“phy-switch”属性。

下表总结了不同USB控制器组合的PHY绑定策略：