嵌入式系统中USB控制的Host/Slave模式的应用

   引言

    目前，USB 设备产品的应用非常广泛，但市场上能够提供Host/Slave两种模式的USB控制芯片并不多，本系统采用CYPRESS公司的SL811HST芯片作为USB接口的控制芯片，实现Host/Slave两种工作模式。

  系统介绍

    本系统是以三星公司的S3C44B0X为嵌入式处理器，mClinux为操作系统的专用PDA，通过无线方式实现与上位机的通信，同时也可通过USB接口直接控制USB打印机输出。其中USB控制芯片采用CYPRESS公司的SL811HST芯片，它有两种工作模式Host/Slave。模式的改变是由该芯片M/S脚的电平值决定，其值可以通过软件设置来改变。当置M/S脚为低电平时，它是Host模式，可以直接控制打印机；当置M/S脚为高电平时，它是Slave模式，可以下载PC的最新资料，同时可对PDA充电电池充电。

  硬件设计

    三星公司的S3C44B0X是一款专为手持设备和通用设备而设计的，16/32位RISC 结构的嵌入式处理器。

CYPRESS公司的SL811HST是嵌入式的USB 主机或外设接口控制器。其基本功能如下：

1) 支持USB 1.1 的全速和低速设备；

2) 虚拟的外部总线，使得仅需占用和外接CPU 的1 根地址线A0，数据线为8位；

3) 16 个内部寄存器，可以对USB Host 进行充分的控制；内部多达256 字节的RAM，为USB 传输建立了足够的缓冲区；

4) 操作电压为3.3V，但是I/O 端口为5V Tolerant，因此可以自由地和5V 或3.3V 的CPU 系统连接；

5) 可接12MHz 或48MHz外置晶振，对其操作通过16个寄存器来完成。

      GPE5是Host/Slave模式控制管脚，它同时同步控制USB接口的负载方式。GPE4口可以监视USB接口上是否有主USB设备插入，如果有，VUSB为高电平；没有则为低电平。GPE3口用于显示USB设备是否处于就绪或相应的Host/Slave模式工作状态

   软件设计

   在Linux操作系统中，驱动程序的加载方式为：

1) 将驱动程序作为可加载的模块(Module)，在系统超级用户(Root)权限下使用insmod命令动态加载，使之成为系统核心的一部分。对于USB 设备而言，由于可热插拔，一般采用模块化的设备驱动程序。

2) 将设备驱动程序的源代码加进系统内核，编译移植到嵌入式系统，系统启动后将自动加载驱动。USB 协议栈程序一般采用这种方法加入内核，进而产生一个叫做“USB 核心”的子系统。这个子系统提供了许多数据结构、宏定义、功能函数和应用程序接口(API)来对硬件或设备进行支持。[page]

本系统就是采用第二种方式加载USB驱动的。由于本系统的mClinux包来自于英蓓特公司的包，因此节省了很多工作，具体编译过程如下：

1) 在mClinux内核的USB驱动目录中添加如下三个文件：sl811h-usb.c 、sl811h.h、 sl811husb.h。这两个头文件中主要定义了一些关于811HS/T寄存器的宏。

2) 编辑/uclinux-s3cev40/linux-2.4.x/drivers/usb/config.in文件。

首先在config.in文件开头添加如下语句：

dep_tristate \'Support for USB\' CONFIG_USB $CONFIG_PCI

if [ "$CONFIG_USB" = "y" -o? "$CONFIG_USB" = "m" ]; then

?? bool \'? USB verbose debug messages\' CONFIG_USB_DEBUG

comment \'Miscellaneous USB options\'

?? bool \'? Preliminary USB device filesystem\' CONFIG_ USB_DEVICEFS

?? if [ "$CONFIG_ EXPERIMENTAL" = "y" ]; then

????? bool \'? Enforce USB bandwidth allocation (EXPERIMENTAL)\' CONFIG_USB_BANDWIDTH

?? else

??? define_bool CONFIG_USB_ BANDWIDTH n

?? fi

?? bool \'? Long timeout for slow-responding devices (some MGE Ellipse UPSes)\' CONFIG_USB_ LONG_TIMEOUT

fi

然后在makefile文件中添加

ifeq ($(CONFIG_USB_ DEBUG),y)

?????? L_OBJS+=sl811h-usb.o

endif

最后在/uclinux-s3cev40/linux-2.4.x/drivers/usb/sl811h_usb.c文件中添加如下代码：

#ifdef CONFIG_USB_DEBUG

?????? #define DEBUG

#else

?????? #undef DEBUG

#endif

#SL811HS/T----- USB Host Controller driver

INCLUDEDIR = /usr/src/linux/include

CFLAGS = -D__KERNEL__ -DMODULE -O -Wall -

static -I$(INCLUDEDIR)

VER = $(shell awk -F\\" \'/REL/ {print $$2}\'

$(INCLUDEDIR)/linux/version.h)

all:sl811h-usb.o

sl811h-usb.o:sl811h-usb.csl811h-usb.hsl811h.h

gcc sl811h-usb.c -c $(CFLAGS)

# End this file

3) 在/usr/local/src/uClinux-s3cev40/fs/dev中增加一个设备文件。因为USB设备主要都是通过快速串行通讯来读写数据， 故一般作为字符设备。在/usr/local/src/uClinux-s3cev40/fs/devfs 下执行：

mknod usb0 c 127 0

mknod usb1 c 127 1

4) 执行make xconfig，用户内核设置选择y。

5) 执行make dep。

6) 执行make。USB设备驱动程序被编译进mClinux内核，包含在image.bin文件中。

在嵌入式系统启动时，USB设备驱动就自动执行了。

   结语

   本设计以mClinux嵌入式操作系统为平台，充分发挥了SL811HST芯片的Host/Slave两种模式的作用，使其在实际使用中非常方便。随着嵌入式USB设备Host/Slave模式的研发，USB设备的使用会更加普及。