嵌入式Linux下高速USB主控制器的设计与实现

发布者:muhaoying2017最新更新时间:2014-10-14 来源: eefocus关键字:Linux  高速USB  主控制器 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

在嵌入式系统的发展历程中,Linux操作系统的源码公开,结构清晰,功能强大,可移植性强等特点使其在嵌入式领域应用越来越广泛。USB接口的热插拔,即插即用,数据传输可靠,扩展方便,成本低等优点使其逐渐成为嵌入式系统的必备接口之一。随着嵌入式系统应用领域的不断扩展,人们对其性能的要求不断提高,特别是USB设备的读写速度受到越来越多的关注。然而。目前多数嵌入式系统仅支持基础的USB低速或全速外设,不能满足人们对高速数据传输的要求。为此,基于AT91RM9200平台完成了高速USB的硬件设计和Linux操作系统下主机端驱动程序的开发。

  1 高速USB硬件接口设计
  目前的嵌入式系统设计中,USB接口的外扩主要采用微处理器芯片自带的USB控制器,一般只支持低速和全速协议,无法实现高速数据传输。该设计采用AT91RM9200处理器外扩ISP1761 USB控制器方案,解决了嵌入式系统下USB设备的传输速度问题。其USB硬件接口部分电路如图1所示。

  AT91RM9200是Atmel公司一款基于ARM920T内核的微型处理器。它有丰富的系统与应用外设及标准接口,时钟频率可达180 MHz,并且具有低功耗、低成本、高性能,在嵌入式系统中应用广泛。ISP1761是Philips公司开发的一款高速USB On The Go(OTG)控制器,芯片内集成了64 KB的高速缓冲,单次处理数据达32 KB,极大地提升了系统的处理性能,并且功耗很低,其内部集成了Slave主机控制器和外设控制器。此外,ISP761还有可配置的32 b/16 b异步CPU接口,该设计ISP1761外部数据总线设置为16 b模式。
  处理器AT91RM9200与外扩USB控制器的连接如图1所示。其中,A[17∶1]为地址线;DATA[15∶0]为数据线;WR_N为读使能;RD_N为写使能;CS_N片选信号采用NCS2;AT9lRM9200的中断源1分配给ISP1761作为其中断信号。处理器和ISP1761之间的数据传输通过中断方式实现,当USB接口有中断产生时,处理器的中断服务程序通过读取ISP1761的中断寄存器判断中断来源,从而执行相应的读/写操作。
  2 高速USB软件驱动实现
  2.1 Linux系统中USB驱动结构
  USB内核模块是Linux系统中USB子系统的核心模块,它为USB驱动(设备和主控制器)提供了一个统一的接口,以访问和控制USB硬件。
  如图2所示,应用程序发出的USB请求块(URB)经过上层的USB设备驱动和USB内核后到达USB主控制器。处于最底层USB主控制器的驱动(HCD)是USB主机直接与硬件交互的软件模块,它将解析URB后,再将数据发送到指定的USB设备上。

  2.2 ISP1761主控制器驱动的实现
  图3为ISP1761与操作系统相连接的接口框图。图3中,ISP1761要完成操作系统与USB设备的通信。驱动部分主要分两个层次:ISP1761硬件抽象层(HAL)和主控制器驱动(HCD)层。前者,通过GPIO接口和操作系统平台的相关函数来完成访问ISP1761硬件的功能;后者,主要实现将数据传输给连接的USB设备,并管理根集中器端口的功能。

  因此,该设计的软件驱动部分主要由以下两个层次来完成USB主机端的驱动功能。[page]
  (1)ISP1761的HAL层。首先初始化设备结构,并添加设备到系统的设备层。其中,初始化部分主要完成ISP1761资源(如内存、中断等)的初始化设置和AT91RM9200处理器的初始化设置,为后期注册驱动程序做准备。如果系统成功添加了设备,在加载和卸载ISP1761主控制器驱动程序到内核时,就会进一步执行平台驱动程序的注册,否则将不能注册驱动程序。一旦注册成功,驱动程序就已经和设备绑定,任何用户态程序要操作此设备都可以通过platform_driver结构所定义的函数进行。下面给出该系统注册的platform_driver结构:

  其中,在设备探测和注销等函数中调用了如下一个重要

的结构体isp1761_dev。该结构体主要包含了ISP1761设备驱动的基本信息和中断处理例程指针。
  (2)ISP1761的HCD层。Philips公司的ISP1761主控制器芯片遵循EHCI标准。该层在加载和卸载ISP1761主控制器驱动到内核时被调用,主要负责与连接的USB设备进行数据传输,并管理根集中器端口。具体包括主控制器例程、内存管理、根集中器和中心集中器的管理、数据传输等。
  其中,pehci_hcd_urb_enqueue()函数是该部分所要实现的重点函数,主要用于完成将来自USB core层的urb传输请求转换成EHCI可识别的传输描述结构。然后安排到EHCI的periodic schedule list或者asynchronous schedule list的合适位置。当HC完成urb对应的传输后,EHCI HCD通过urb→cornplete()通知USB core对应的传输结果,最终完成通信过程。该函数的原型如下:

  3 USB驱动的调试使用
  USB驱动的正常使用必须在内核中正确选择配置,除了默认配置之外,还要添加诸如SCSI设备的支持,VFAT文件格式的支持,新添加ISP1761驱动的支持等。ISP1761的驱动采用模块方式编译,系统启动后,逐层插入驱动模块加载USB主控制器驱动程序到内核。此时,系统插入U盘可成功获得分区,如下所示:

  执行挂载命令mount-t vfat/dev/scsi/host0/busO/target0/lun0/partl/mnt/ usb(前提是已经在/mnt目录下建立了USB目录,并且U盘的格式为win-dows下的vfat)便可成功挂载U盘到指定的目录/mnt/usb下。
  拷贝U盘上的文件到嵌入式系统,经多次测试,速度可达到约100~125 Mb/s,相比传统的嵌入式Linux系统下对USB的支持,速度得到了很好的提高,基本满足高速读/写的要求。
  4 结 语
  随着USB接口在嵌入式领域越来越广泛的应用和嵌入式Linux内核的不断扩展,嵌入式Linux内核支持的USB设备和USB主控制器越来越丰富,相应的驱动开发工作也将日益突出。该设计给出了嵌入式Linux系统下高速USB主控制器的硬件设计方案和驱动的实现方法,在提高系统性能的同时,降低了成本,有很好的实际应用价值。同时驱动的模块化结构设计保持了其最大可移植性,对于嵌入式下USB主控制器的驱动开发具有很好的借鉴意义。

关键字:Linux  高速USB  主控制器 引用地址:嵌入式Linux下高速USB主控制器的设计与实现

上一篇:STM32FSMC机制FlaSh存储器扩展
下一篇:基于三星S3C2410A的无线多床位心电监护仪的设计

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:42

基于高速USB接口模块的数据采集系统
  引言   工程师在设计基于PC的数据采集系统时都认为,要想获得比较好的性能,都需要使用PCI总线。其实并不是这样,随着USB通信技术的不断发展,USB总线的传输速度和可靠性都在逐步提升。对于广范应用的USB2.0,其最快速度能够达到480 Mb/s。就算其中一些中断或者协议占用一部分带宽,高于80 Mb/s的速度也是很容易实现的。而USB3.0协议下的理论速度可以达到USB2.0的10倍左右。另外,相比于PCI卡,USB接口对系统的开发与升级更加方便。   QuickUSB 是基于CY7C68013A 开发的一款针对USB2.0的高速USB模块。Bitwise公司为这款模块提供嵌入EEPROM的底层程序,同时还在PC端提供
[嵌入式]
基于ARM-Linux架构的远程可控电源插座设计方案
互联网的迅速发展,实现了信息的高速传输和资源共享,极大地方便了人们的生活。嵌入式系统广泛应用于各种电器产品、智能仪表和控制设备中,它与互联网的结合是一种必然的趋势。 嵌入式系统和网络技术的快速发展,为网络远程控制的发展和完善提供了技术基础。 笔者综合运用嵌入式系统和Web技术,设计了一种可通过互联网进行远程控制的电源插座系统,实现对家用或工业电器的远程实时控制。用户通过网页浏览器访问该系统,对各插座进行打开或关闭的操作,实现对与其相连接的电器的远程控制。 1 嵌入式Web工作原理 嵌入式Web的体系结构如图1所示。客户端和嵌入式系统中Web服务器之间的通信协议采用HTTP(超文本传输协议)。嵌入式操作系统提
[单片机]
基于ARM-<font color='red'>Linux</font>架构的远程可控电源插座设计方案
基于ARM-Linux平台的电子油门控制
引言 巡航控制系统(CCS)是20世纪60年代发展起来的,又称为恒速行驶系统。巡航控制系统工作时,ECU根据各种传感器输送来的信号判断汽车的运行状况,通过执行元件自动调节节气门的开度使汽车的行驶速度与设定的车速保持一致。汽车在良好路面上长时间行驶时,驾驶员启动巡航控制系统并设定行驶速度,不需驾驶员操纵加速踏板,通过巡航控制系统即可自动保持既定的行驶速度,不仅减轻了驾驶员的劳动强度,同时利用先进的电子控制技术控制节气门的开度,比驾驶员操纵节气门更精确,汽车燃料经济性、排放污染性也可得到改善。 1 系统原理 1.1 电控油门原理 工作时,由驾驶员发出转速的控制指令,由节气门开度传感器采集发动机的转速参数,并把信号输入电控单元;电控单
[单片机]
嵌入式掌上娱乐系统设计方案
在UP-TECH S3C2410 DVK1.1 开发平台下,提出了一个触摸式的嵌入式掌上娱乐系统设计方案。本系统主要包括多媒体播放器和游戏的基本功能。本系统可以播放现有的大多数的音频视频文件;设计了嵌入式游戏,增加了系统的娱乐性。使用触摸屏方便作为人机交互的平台。采用跨平台性能良好的Qt4 设计了应用程序和人机界面,界面友好,汉化显示,美观,操作简便,运行流畅。整个系统模块化设计,充分考虑了软件系统自身所占的存储空间以及可扩展性,具有广阔的市场前景。 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。近年来,随着微处理器技术、DSP 技术、多媒体编解
[单片机]
嵌入式掌上娱乐系统设计方案
Linux下s3c6410的GPIO操作(2)
1、还接着看上一篇的这个函数 arch_initcall(s3c64xx_gpiolib_init); static __init int s3c64xx_gpiolib_init(void) { s3c64xx_gpiolib_add(gpio_4bit, ARRAY_SIZE(gpio_4bit), s3c64xx_gpiolib_add_4bit); s3c64xx_gpiolib_add(gpio_4bit2, ARRAY_SIZE(gpio_4bit2), s3c64xx_gpiolib_add_4bit2); s3c64xx_gpiolib_add(gpio_2bit, ARRAY_SI
[单片机]
07-S3C2440驱动学习(一)嵌入式linux字符设备驱动-按键驱动程序
一、异步通知机制 从按键的实现方式来说,可以分为以下几种方式 查询方式,极度耗费CPU资源 中断方式,平时休眠,按键按下,唤醒休眠 poll机制,不需要一直read,根据poll返回值来决定是否read 以上都是应用程序主动去read。 下面来介绍异步通知实现按键,由驱动程序,提醒应用程序有按键按下了,告诉应用程序现在需要去read了。 1测试应用程序,命令行发信号 (1)进程间发信号如何实现呢: 我们可以通过ps查看某个应用程序的PID是多少。然后执行: Kill -9 PID来杀死这个应用程序进程。当然我们可以自定义一些信号类型,发送给应用程序,执行相应的方法。 (2)我们写一个测试应用程序,然后给
[单片机]
07-S3C2440驱动学习(一)嵌入式<font color='red'>linux</font>字符设备驱动-按键驱动程序
linux LCD驱动代码分析
1、对LCD驱动添加设备信息 对lcd驱动程序,跟之前分析的方式一样,还是先看设备信息,其定义在Mach-smdk2440.c(archarmmach-s3c24xx)文件中,在该文件中使用了填充了s3c2410fb_display结构体, struct s3c2410fb_display {undefined /*LCD type */ unsignedtype; /********************************************************************************* 设置LCD的类型,比如TFT,STN等LCD的类型。 各种类型
[单片机]
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved