HcFmInterval 寄存器详解（OHCI 规范）

HcFmInterval Register = 帧间隔寄存器

1. 功能概述

HcFmInterval 是 USB OHCI（Open Host Controller Interface）主机控制器（HC）的核心寄存器之一，用于控制 USB 帧（Frame）的时间长度 和 周期性传输的调度基准。它直接影响 SOF（Start of Frame）包的生成频率、帧计数器的最大值，以及 HC 的内部时钟校准。

2. 寄存器字段定义

HcFmInterval 是一个 32 位（Dword） 寄存器，包含以下关键字段：

位域 名称 功能描述
31:16 FI (Frame Interval) 定义 USB 帧的时长（单位：μs），默认值 0x2EDF（对应 11935 μs ≈ 12ms）。
15 FSMPS (Full Speed Max Packet Size) 控制全速（12 Mbps）设备的最大数据包大小（通常保留）。
14:0 保留位 必须保持写入时的原始值（Read-Modify-Write）。
FI（Frame Interval）的计算
  • 默认值：0x2EDF（16 进制） = 11935 μs ≈ 11.935 ms（接近 USB 标准的 1ms 帧，但 OHCI 允许更长帧）。
  • 实际帧长度：
    HcFmInterval 帧间隔寄存器 - 图1

3. 核心作用

  1. 控制 SOF 生成频率

    • HC 每完成一个帧（Frame）后，会根据 FI 的值生成下一个 SOF 包（Start of Frame）。
    • SOF 是 USB 总线的时序基准，用于同步中断/等时传输。

  2. 定义帧计数器（Frame Counter）范围

    • FI 的值决定了帧计数器的最大值（HcFmNumber 寄存器）。
    • 例如，FI=0x2EDF 时，帧计数器范围为 0–0x2EDF（即 0–11935）。

  3. 影响周期性传输列表（Periodic List）

    • HcPeriodicStart 寄存器的有效值必须小于 FI。
    • HC 会在每个帧周期内遍历 Periodic List，执行中断/等时传输。

4. 驱动（HCD）的配置要求

  1. 初始化设置

    • 硬件复位后，HcFmInterval 通常为 0x00002EDF（默认值）。
    • HCD 需确保 FI 值与 USB 设备的需求匹配（例如，兼容 USB 1.1 的 1ms 帧）。 
    // 示例：设置帧间隔为 1ms（标准值）
write_reg(HcFmInterval, 0x00002EDF);

  2. 动态调整（可选）

    • 某些场景（如低功耗模式）可能需要延长帧长度（增大 FI），但会降低传输实时性。

  3. 保留位处理

    • 修改 HcFmInterval 时，必须保留未使用的位（Read-Modify-Write 操作）： 
      uint32_t value = read_reg(HcFmInterval);
value = (value & 0xFFFF0000) | 0x2EDF; // 仅修改低 16 位
write_reg(HcFmInterval, value);

5. 硬件行为

  • 帧计数器回绕：当 HcFmNumber 达到 FI 值时，自动归零并触发 SOF。
  • 与 HcControl 的关系：仅当 HCFS=10b (USBOPERATIONAL) 时，HC 才会基于 FI 生成 SOF。

6. 典型应用场景

  1. 标准 USB 通信

    • FI=0x2EDF 确保 1ms 帧间隔，兼容 USB 1.1/2.0 设备。

  2. 低功耗模式

    • 增大 FI 可减少 SOF 频率（如设为 10ms），但会降低中断传输的实时性。

  3. 调试与错误恢复

    • 修改 FI 可用于检测 HC 的时钟校准问题。

7. 注意事项

  • 不可设为 0：FI 的最小值为 1，否则 HC 行为未定义。
  • 与 PHY 时钟同步：FI 需与 HC 的基准时钟（通常 12 MHz）匹配。
  • 兼容性：非标准 FI 值可能导致 USB 设备无法正常枚举。

总结

HcFmInterval 是 OHCI 主机控制器的 时序核心寄存器，通过控制帧长度和 SOF 生成，直接影响 USB 总线的调度精度。驱动开发者需确保其配置符合协议要求，并在修改时严格遵守保留位规范。