基于ARM9处理器开发平台上USB总线的应用研发
基于嵌入式ARM9的USB设计与实现
基于嵌入式ARM9的USB设计与实现
王平;施文灶;黄晞;江华丽
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(32)12
【摘要】从电路设计到程序调试,全方位地研究开发了一种基于嵌入式的通用USB 接口.选用ARM9的S3C2440A芯片作为CPU,因为该芯片内部集成了控制USB 的全部部件,所以只需附加简单的电源变换等外围电路即可完成硬件设计,再通过串口加栽和调试USB的驱动程序,实现嵌入式终端的USB接口功能.测试表明,该接口可以稳定可靠地自动挂载U盘以及准确交换数据.采用基于S3C2440A芯片的USB接口方案具有外围电路简单和运行可靠的特点,从而提升了嵌入式终端的整体性能,为日后的应用提供了基础.
【总页数】4页(P33-35,38)
【作者】王平;施文灶;黄晞;江华丽
【作者单位】福建师范大学,物理与光电信息科技学院,福建,福州,350007;福建师范大学,物理与光电信息科技学院,福建,福州,350007;福建师范大学,物理与光电信息科技学院,福建,福州,350007;福建师范大学,物理与光电信息科技学院,福建,福
州,350007
【正文语种】中文
【中图分类】TP319
【相关文献】
1.基于ARM9的嵌入式智能小车设计与实现 [J], 阮文进
2.嵌入式Linux下基于ARM9的USB打印机控制器的设计 [J], 黄艳;马旭东
3.基于ARM9的嵌入式无线智能家居网关系统的设计与实现 [J], 朱志晓;谢崇赟;马伯玲;
4.基于ARM9的嵌入式视频监控系统的设计与实现 [J], 赵建;张秋晨;李宁
5.基于嵌入式ARM9架构的机房环境监控系统的设计与实现 [J], 赵玲云
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基于ARM9的USB设备驱动程序开发
１ Ｕ Ｂ总线协 议 Ｓ
１ Ｕ Ｂ设 备 配 置 ． Ｓ １
使 用 的 ｃｏｓ ３ ． 叉 编 译 Ｔ 具 链 ，其 使 用 比较 简 单 。 安 装 ｒｓ一 ．２交 ３ 以上 软 件 后 ，在 ／ｓ ｌ ａ ａ ｄ ．． ｂｎ下 已经 出 现 的 交 叉 编 译 ｕｒｏ ｌ ｒ ３３ ／ｉ／ ／ ｃ ／ｎ ２
核移植和驱动程序 的开发 ，而 Ｕ Ｂ的快速发展使其 不断取代 了串并 口等传统外部接 口成为外部设备 与 Ｐ Ｓ ｃ之 间数据
传 输 的 主 要 通 道 。 因 而在 Ａ Ｍ９平 台上 实现 Ｕ Ｂ驱 动 程序 的 开发 成 为 了研 究热 点 。 Ｒ Ｓ
关 键 词 ： Ｌｎ ｘ； Ｒ ９； Ｓ ； ｉｕ Ｍ Ｕ Ｂ 设备 驱 动
Ｄｒ ｅ ｒ ｇ ａ Ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ Ｂ Ｄｅ ｉｅ ＡＲＭ９ ｂ ｓ ｄ ｉ ｒＰ ｏ ｒ ｍ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ ＵＳ ｖｃ ｖ － ａｅ
ｚ Ｙｉｌ Ｕ ｎｍｉ （ ｅ ｘ Ｒ ｄｏａｄＴ ｉｅｓｙ， ｅ ｘ ７ ０ ） Ｂ ｎ ｉ ａｉ ｎ Ｖ Ｕｎｖｒ ｔ Ｂ ｎｉ １ ０ ｉ １０
在宏 观上 ，Ｕ Ｂ主机和 连接的 Ｕ Ｂ设 备之 问采 用分层实 Ｓ Ｓ
现通 信 服 务 ，如 图 ２所 示 。 从 逻 辑 上 可 以 分 为 功 能 层 、设 备 层 和 总 线 接 口层 ３个 层
Ｔ 具 链 的 路 径 添 加 到环 境 变 量 Ｐ Ｔ 中 ，这 样 就 可 以 方 便 地 ＡＨ 在 Ｂ ｓ 者 Ｍａｅ ｌ ａｈ或 ｋｆｅ中使 用 这 些 Ｔ 具 了。 ｉ ２２ 主 机 交 叉开 发 环 境 配 置 ． 主 机 交 叉 开 发 环 境 的 配 置 主 要 包 括 配 置 控 制 台程 序 、配 置 ｆｐ服 务 和 Ｎ Ｓ文 件 系统 。 ｔ Ｆ
基于ARM9的嵌入式系统研究及USB驱动程序设计的开题报告
基于ARM9的嵌入式系统研究及USB驱动程序设计的开题报告一、选题背景嵌入式系统是在计算机技术的基础上，采用了微处理器、内存、时钟、接口、操作系统等硬、软件集成在一起的计算机系统。
嵌入式系统广泛应用于安防、通信、汽车、医疗等领域，其在系统性能、可靠性、应用领域等方面都有很高的要求。
本文选题基于嵌入式系统，并以ARM9为处理器核心，通过研究其硬件和软件设计，针对USB驱动程序进行设计与实现，达到嵌入式系统功能扩展的目的。
二、研究内容（一）ARM9处理器核心分析通过分析ARM9处理器特性、指令集和系统架构，深入了解其各项技术参数与限制条件，为后续嵌入式系统的硬件设计提供前置条件。
（二）嵌入式系统硬件设计在前期对ARM9进行了分析之后，根据嵌入式系统的应用需求进行硬件设计，并对其结构、原理、组成等方面进行设计与优化，达到提升嵌入式系统性能和可靠性的目的。
（三）USB驱动程序设计在嵌入式系统硬件设计中，设备驱动程序的编写是必不可少的环节。
本文主要对USB设备的驱动程序进行编写，需熟悉USB通信协议，基于嵌入式系统平台，开发具有良好稳定性和强大功能的USB驱动程序。
三、研究意义本文通过对基于ARM9的嵌入式系统的研究，深入了解其硬件特性和软件设计，提高了嵌入式系统整体性能和可靠性。
尤其是对于USB驱动程序的设计与实现，能够满足高速、稳定的数据传输需求，从而为嵌入式系统在安防、通讯、汽车、医疗等应用领域提供更好的解决方案，具有重要的理论意义和实践价值。
四、研究方法本文采用实验与理论相结合的方法，针对基于ARM9的嵌入式系统进行硬件和软件设计的研究。
通过对ARC9处理器的特点和限制条件进行深入研究，进行系统架构设计和原理优化，进一步为驱动程序开发打下基础。
五、进度安排第一阶段（1周）：查阅相关文献资料，熟悉嵌入式系统和ARM9处理器的相关知识。
第二阶段（2周）：进行ARM9处理器核心分析，研究其特性、指令集和系统架构。
基于ARM9的嵌入式系统研究及CAN总线扩展实现的开题报告
基于ARM9的嵌入式系统研究及CAN总线扩展实现的开题报告一、研究背景和意义近年来，嵌入式系统作为一种集成度高、功耗低、功能强大、体积小的计算机系统，已经成为各个领域中的重要应用。
在工控、智能交通、医疗设备、军事装备等领域中，嵌入式系统都占据着重要地位。
本次开题报告要研究的嵌入式系统是基于ARM9架构的，这种架构具有高性能、低功耗、可扩展等特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。
本次研究的目的是深入研究ARM9架构的嵌入式系统，并以CAN总线扩展作为案例进行实现，从而为相关领域的应用提供技术支持。
CAN总线作为一种常用的数据通信方式，在工控、汽车、航空等领域中得到广泛应用，可以实现设备之间的数据交换。
本次研究将以CAN总线扩展为实现的目标，探索基于ARM9架构的嵌入式系统在CAN总线通信方面的应用和调优。
二、研究内容和方法1.研究内容（1）ARM9架构的嵌入式系统原理及应用实现本次研究将系统地介绍ARM9架构嵌入式系统的原理、结构和应用实现，探究其使用场景和技术特点。
同时，通过大量实践和实验，综合比较多种实现方案，挖掘出更优的设计和实现方式。
（2）CAN总线通信原理及应用调优CAN总线通信作为本次研究的重点，将详细研究其工作原理、通信协议及数据格式，探索其在具体应用中的最佳实践方法。
同时，也会探讨通信调优的相关技术，包括电路设计、软件开发和协议配置等方面。
2.研究方法（1）文献调研通过网络和图书馆等多种渠道，系统地搜索相关文献和资料，对ARM9架构的嵌入式系统和CAN总线通信技术进行全面的调研和分析。
（2）实验仿真借助虚拟环境和仿真软件，实现ARM9架构的嵌入式系统和CAN总线通信功能的模拟，探索各种设计方案的优劣和问题。
（3）实际测试在实际的硬件环境下，使用ARM9架构的嵌入式系统与CAN总线进行实际的通信测试，并对各种方案进行性能测试和调优，得出最佳的实现方式。
三、研究预期成果通过本次研究，预计可以达到以下成果：1. 系统梳理和总结ARM9架构的嵌入式系统原理和应用方法，对相关领域的开发工作提供技术支持和参考。
基于ARM的USB OTG IP核主机端驱动的设计与实现的开题报告
基于ARM的USB OTG IP核主机端驱动的设计与实现的开题报告一、研究背景随着嵌入式系统应用的不断增加，ARM处理器作为一种低功耗，高性能的处理器，已广泛应用于各种嵌入式设备中。
在ARM处理器中，USB OTG（USB On-The-Go）技术成为了一种被广泛采用的接口技术。
USB OTG技术将主机端与从设备端的USB接口功能集成到了一个接口当中，可以实现USB设备之间直接通信，同时也支持USB主机与USB从设备之间的通信。
因此，USB OTG技术在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
在嵌入式系统中，USB OTG主机端驱动是非常关键的一部分。
USB OTG主机端驱动是负责管理USB OTG主机控制器的软件，它负责与USB 设备进行通信，完成数据传输等操作。
因此，研究基于ARM的USB OTG IP核主机端驱动的设计与实现具有很重要的意义。
二、研究目的本文旨在研究基于ARM的USB OTG IP核主机端驱动的设计与实现，主要包括以下目标：1. 研究USB OTG主机端驱动的基本工作原理，分析其功能和特点。
2. 研究基于ARM的USB OTG IP核的特性和功能，并分析其在嵌入式系统中的应用。
3. 设计和实现USB OTG主机端驱动，实现USB设备的数据传输和管理。
4. 通过实测和实验验证USB OTG主机端驱动的功能和性能，并进行分析和优化。
三、研究内容和技术路线1. USB OTG主机端驱动的基本原理和功能本部分主要介绍USB OTG主机端驱动的基本原理和功能。
包括USB OTG主机控制器的工作原理、USB设备的识别和管理、USB数据传输的流程等内容。
2. 基于ARM的USB OTG IP核的特性和功能本部分主要介绍基于ARM的USB OTG IP核的特性和功能，包括其硬件资源、接口特性、寄存器等方面的内容。
并且结合ARM Cortex-M系列处理器的特点，着重分析其在嵌入式系统中的应用。
3. USB OTG主机端驱动的设计与实现本部分主要介绍USB OTG主机端驱动的设计和实现。
基于ARM9的USB与多通道CAN转换器的设计
的 特 点 相 结 合 ， 上 位 机 能 够 通 过 Ｕ Ｂ接 口 同 时 监 视 多 个 Ｃ Ｎ 通 道 （ 多 ８个 ） 完 成 Ｕ Ｂ 总 线 与 使 Ｓ Ａ 最 ， Ｓ
Ｉ
Ｃｏｍｄ Ｉ Ａｐ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏｎ
基于 Ａ Ｍ９的 Ｕ Ｂ与多通道 Ｃ Ｎ转换器 的设计 Ｒ Ｓ Ａ
杨 晔 ， 曲 波
（ 州 大 学 电 子 信 息 学 院 ，江 苏 苏 州 ２ ５ ２ ） 苏 １０ １
图 １所 示 。
力 等 优 势 的 一 种 总 线 。 但 一 般 工 控 机 不 具 有 Ｃ Ｎ 总 线 Ａ
接 口 ， 要 专 门 的 接 口 卡 才 能 连 接 ， 且 专 用 接 口卡 成 需 并 本 较 高 ， 接 不 便 。而 ＵＳ 的 即 插 即 用 特 性 可 以 解 决 了 连 Ｂ
上 述 问 题 。 目前 性 价 比 高 的 Ｕ Ｂ— Ａ Ｓ Ｃ Ｎ数 据 转 换 器 比较 少 见 ，而 且 能 应 用 的 Ｃ Ｎ 通 道 数 较 少 ，一 般 只 有 １ ２ Ａ ～ 路 。如 要 应 用 于 大 型 的 Ｃ Ｎ 总 线 网 络 ， Ａ 、
图 中 ， Ｓ ３ 串 口 用 于 系 统 的 调 试 ， Ｊ ５ 接 口 用 于 Ｒ ２ ２． Ｒ４
ｔｅ Ｕ Ｂ ｂ ｓｆａ ｒ ｉ ｈ Ａ ｕ ｅｔｒ ｍａｅＰ ｎｔ ｅｅａ ｕ ｏ ８ Ａ ｈｎ ｅ ｈｏｇ ｅ Ｕ Ｂ ｉ ｅ ａｅａ ｈ ｈ Ｓ ｕ ｅｔ ｅｗｔ ｔｅＣ Ｎ ｂ ｓｆ ｕｅ ｄ Ｃ ｍｏｉｒｓｖｒｌ（ｐ ｔ ）Ｃ Ｎ ｃ ａｎ ｌ ｔ ｕ ｈ ｔ Ｓ ｎ ｒ ｃ ｔｔｅ ｕ ｈ ａ ｏ ｓ ｒ ｈ ｔｆ
基于ARM处理器的USB数据采集系统
基于ARM处理器的USB数据采集系统刘炳祥;程武山【摘要】介绍了一种基于ARM处理器的USB数据采集系统的设计方案,该系统采用了ARMCortex- M3内核的STM32F103作为数据采集终端的微处理器.通过USB实现了数据采集终端与客户端程序间的通讯.经实际测试,整个系统运转正常,最高采样频率为200 kHz,满足了预期的数据采集控制与数据传输的要求,并具有可靠性高、实时性强、传输速度快等优点.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2011(025)004【总页数】4页(P358-361)【关键词】ARM处理器;数据采集;通用串行总线【作者】刘炳祥;程武山【作者单位】上海工程技术大学汽车工程学院,上海201620;上海工程技术大学机械工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TP316随着数据采集需求的不断变化，传统的纯硬件采集器系统在数据处理方面的能力已不能满足需求.目前数据采集系统大多采用软硬件结合的方式，USB总线凭借即插即用、热插拔和较高的传输速率等优点，成为PC机与外设连接的普遍标准［1］.基于 ARM Cortex－M3内核的 STM32微控制器片上集成了全速USB 2.0接口，提供诸如SPI等多种通信接口，这些特性使STM32处理器成为数据采集器核心的首选［2］.本文介绍一种基于ARM Cortex－M3内核微控制器STM32F103的USB数据采集系统的设计与实现.1 硬件设计本研究数据采集系统以STM32F103为处理器，通过 MAX1270完成 A/D 转换［3］.STM32微控制器由SPI接口与MAX1270相连，由USB接口与PC主机相连.STM32微控制器起到连接PC和MAX1270的作用.PC通过USB总线下传用户命令，微控制器通过SPI总线与MAX1270通信，包括发送命令字和收集采样数据.由于MAX1270自身不带采样率控制，所以，必须由STM32微控制器的定时器来触发采样操作，从而实现采样率的控制［4］.STM32微控制器同时将采样得到的数据通过USB总线上传到PC.系统结构框图如图1所示.图1 系统结构框图Fig.1 System structural block diagram1.1 STM32F103微处理器STM32F103是意法半导体公司新近推出的基于ARM Cortex－M3内核的32位增强型系列处理器［5］.该处理器主频高达72MHz，片上带128 k Flash存储器和10kSRAM存储器，有2个高速USB 2.0接口、2个SPI接口和多个定时器等丰富的外设.1.2 数据采集芯片MAX1270MAX1270为8通道、多量程双极性输入、串行输出、逐次逼近型12位AD转换器.MAX1270的8位控制字及其功能如表1所示.最高位START为起始位（高电平），标志控制字的开始./CS为低电平期间，控制字在时钟脉冲SCLK作用下先高位、后低位通过DIN端输入.表1 MAX1270的8位控制字格式Table 1 8－bit control word format ofMAX1270控制字bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0功能STARTSEL2SEL1SEL0RNG BIP PD1PD0PD1PD0为掉电/时钟模式选择位.PD1PD0＝10或11时为省电模式.正常工作时MAX1270有外部时钟与内部时钟两种工作模式.PD1PD0＝01时为外部时钟模式，串行数据的移入、移出，以及数据采集、转换都由SCLK端的输入脉冲控制.外部时钟模式分为25SCLK/s和18SCLK/s两种方式，后者转换速率稍快，其原因是/CS在全部数据转换期间始终维持有效电平.本系统采用18 SCLK/s的外部时钟模式，其采样时序图如图2所示.图2 MAX1270采样时序图Fig.2 MAX1270 sampling timing diagramSEL2～SEL0为通道选择位，000～111分别选择输入通道CH0～CH7.RNG～BIP 为输入范围选择位，MAX1270有4种输入范围.RNG～BIP置00时，0～5V单极性输入；置01时，0～10V单极性输入；置10时，－5～5V双极性输入；置11时，－10～10V双极性输入.对单极性输入，1LSB＝FS/4096，输出数据为12位二进制码.对双极性输入，1LSB＝FS/2048，输出数据为12位二进制补码.MAX1270可使用芯片内的4.096V参考电压，也可使用外部参考.本系统使用内部4.096V参考电压.2 软件设计在本系统中，软件设计分为3个部分：固件设计、USB驱动设计和PC程序设计. 2.1 固件设计固件需要完成的任务包括两方面，一是与PC的数据交互，二是采样控制.1）与PC数据交互通过USB接口实现，STM32F103C8嵌入的USB 2.0接口支持全速12Mbit/s，8个可配置端点支持控制传输、同步传输和批量传输多种模式.在这里将实现2个批量传输，端点1用于批量传输IN，端点2用于批量传输OUT（端点0总是用于单缓冲模式下的控制传输）.传输的数据内容主要包括下传的控制命令和上传的采样数据.其中，控制命令主要是开始采样和停止采样.开始采样命令中带有3个参数，通道、采样范围和采样率.2）采样控制微控制器通过SPI1与MAX1270连接，MAX1270自身不带有控制功能，是通过在其DIN引脚上传入命令字进行采样.命令字中需要的配置参数（通道和采样范围）由PC下传的控制命令决定.而采样率控制则通过微控制器的一个定时器TIM2来实现.根据采样率设置定时器TIM2，在每个TIM2的中断过程中向MAX1270发送一个命令字来完成一次采样.采样得到的数据通过SPI1读取，然后通过USB上传到PC.为了减轻微控制器的CPU负荷，可以充分利用STM32微控制器DMA性能，实现采样数据从SPI1的接收缓冲区到USB发送缓冲区的转移.固件的程序流程图如图3所示.图3 固件程序流程图Fig.3 Firmware program flow chart固件可以在Keil或者IAR环境下开发.STM32固件库提供了强大的封装，大大简化了用户程序的开发.本系统主要用到TIM，SPI和USB固件库.2.2 USB驱动设计与其他的USB接口通信一样，由于不是标准的USB设备，需要编写特定的WDM 驱动程序.本系统采用NuMega公司提供的DriverStudio专门USB设备驱动开发工具，它是一个大的开发工具包，包含Driver Works，VtoolsD和SoftICE等开发工具［6］.Driver Works用于开发KMD和 WDM驱动程序，并且对DDK函数进行了类的封装，为开发 WindowsNT，Windows2000和 Windows98 WDM设备驱动程序提供了一个自动化的方法.VtoolsD开发包提供了对V×D编程的C/C＋＋类库支持，利用VtoolsD中的QuickV×D工具可以快速生成V×D的C/C＋＋代码框架，可以在此基础上根据系统的需要添加自己的代码.本系统利用Driver Works开发USB驱动程序，可以大大简化工作量、缩短开发周期以及降低开发驱动程序的难度［7－9］.本系统 USB设备有2个批量端点，每个端点的配置如表2所示.表2 USB端点配置表Table 2 Configuration table of USB end points端点类型地址最大包大小1 IN批量（Bulk）0×01 8/4 096 2 OUT批量（Bulk）0×82 8/4 096驱动程序需要实现的功能是通过端点1和端点2对设备进行读写.利用Driver Works开发本系统的USB设备驱动程序的步骤如下.1）启动VC IDE.从VC IDE的菜单“Driver Studio”中选择“Driver Wizard”，并按向导选择总线类型为USB，驱动程序类型为WDM.2）按表2中USB端点配置表进行端点的设置.因为在USB协议中规定端点0是必须存在的，所以仅需要对端点1和端点2进行定义.3）选择端点1和端点2产生Bulk Read及Bulk Write的代码，结束Wizard设置.此处一定要设置Driver Works菜单下Driver Build Setting中的［basedir］和［CPU］等项.设置好后，在弹出的对话框中进行正确的选择，即可生成最终的.sys驱动程序.2.3 PC程序设计PC应用程序建立在驱动程序之上，是整个系统与用户的最直接接口，可选用多种语言进行开发.本工作以VC＋＋为开发平台，以两个基本功能（采样控制和采样数据收集）说明如何进行应用程序的开发.应用程序可以根据自身需要进行扩展，例如对采样数据的波形显示处理、频谱分析等.1）建立一个面向对话框的应用程序.2）在对话框中添加一些控件，表3列出了主要控件的功能.程序流程图如图4所示.表3 主要控件的功能表Table 3 Main controls menu控件名称功能描述采样通道采样通道列表选择数据采样的通道电压量程电压量程选择系统输入信号的范围采样率用于设置系统的采样频率查找硬件检查硬件是否连接好开始采样控制系统开始采样停止采样控制系统停止采样退出系统关闭应用程序，退出系统图4 PC应用程序流程图Fig.4 PC application program flow chart查找硬件：通过查找USB设备来确认硬件是否连接好，在硬件插入时，如果没有安装驱动程序，需要安装驱动；如果查找成功，则可以进行采样.开始采样：通过USB接口发送采样开始命令，同时开启一个线程侦听USB接口的采样数据，接收到采样数据时刷新显示区域.此过程采用双缓冲技术，即所有的画面绘制工作在一张与窗口显示界面大小相同的内存位图上完成，待所有的绘制完成之后，通知显示窗口更新.初始化时，根据显示窗口的大小建立内存位图和内存DC，并根据设置的量程绘制坐标，依次将采样数据绘制到内存位图中.然后，使用线连接当前绘制的点和前一个点，当所有的点都绘制完成之后，刷新显示区域.停止采样：通过USB接口发送采样停止命令，停止对USB接口上行数据的侦听.3 结语该系统经过实际测试，整个系统运转正常，最高采样频率为200kHz，满足了预期的数据采集控制与数据传输的要求.本系统硬件成本低、可靠性高、人机界面友好，有良好的市场应用前景.参考文献：［1］胡晓军，张爱成.USB接口开发技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2005.［2］杨宗德.嵌入式ARM系统原理与实例开发［M］.北京：北京大学出版社，2007.［3］路永坤.基于USB接口的数据采集模块的设计与实现［J］.自动化仪表，2005，26（2）：35－37.［4］杜戈，闫健卓，孙景琪.USB总线的体系结构［J］.电子产品世界，2001（1）：66－67.［5］王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列 ARM Cortex－M3微控制器原理与实践［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2008.［6］武安河，邰铭，于洪涛，等.Windows2000/XP WDM设备驱动程序开发［M］.北京：电子工业出版社，2003：5－108.［7］李朋勃，张洪平.基于USB 2.0的高速数据采集系统［J］.电子技术应用，2009（10）：109－112.［8］曹军军，陈小勤，吴超，等.基于 USB 2.0的数据采集卡的设计与实现［J］.仪器仪表用户，2006，13（1）：37－38.［9］Wang B L，Ji H F，Huang Z Y，et al.A high－speed data acquisition system for ECT based on the differential sampling method［J］.IEEE Sensors Journal，2005，5（2）：308－311.。
《基于ARM9的嵌入式Linux系统开发原理与实践》课件第12章
2. 重新配置内核 [root@localhost linux-2.6.14.success20090807] #make
menuconfig 配置界面如图12-7所示。
图12-7 内核配置USB驱动界面
1) 配置USB鼠标键盘 2) 增加SCSI支持 3) 让内核支持热插拔 4) 添加MSDOS和VFAT文件系统 5) 加入中文字体库
AT43301。电源管理的总电流限制为500 mA，采用总线供电 模式，芯片为MIC2525-2。过流后，MIC2525 会改变电平告 知AT43301，然后AT43301 发出信号使MIC2525关断，同时 会向处理器发送信息，可参考AT43301 USB HUB文档。电路 连接图如图12-5所示。
图12-2 USB系统构成
12.2 Linux USB子系统
在Linux中，通过USB 子系统或称USB 内核来实现与 USB 设备的接口。这个USB内核包括两方面的功能：管理 USB总线，使USB控制器符合openHCI和UHCI协议；为用户 设备驱动程序提供一个方便的接口与相应的USB 外设进行数 据交换。图12-3描述了USB内核在Linux系统中的地位。
图12-1 USB的连接结构
4. 多种设备子类 USB协议对外部设备进行了标准化，包括底层的物理和 电器特性，上层的软件协议、数据通讯等。根据设备完成的 功能不同，设备被划分为不同的子类：如大规模存储类包括 常见的U盘；人机接口设备类包括鼠标、键盘等与人的交互 较多的设备；音频、视频设备类；打印机类和图像设备类等。
12.3 USB客户端驱动程序架构和开发
12.3.1 USB的协议规范初识 在USB的协议规范中，USB能够自动监测设备，并调用
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章和第三章： 介绍Ａ Ｍ系列处理器的内 Ｒ 部寄存器结构和工作方式。 在此
基础上，给出本文所使用开发平台的硬件结构及功能组成； 第四章：记录了Ａ Ｓ下软件测试开发平台的过程，并提出此类测试工作基本 Ｄ 的Ｍ试流程； ９ 第五章、 第六章及第七章： 从实际实现的角度， 详细研究了嵌入式平台加载操 作系统方方面面的技术细节； 第八章：在全面交代 Ｕ Ｂ总线技术背景的前提下，具体论述了嵌入式平台上 Ｓ Ｕ Ｂ总线技术的实现方法。 Ｓ
作系统下 Ｕ Ｂ驱动程序的编程设计。 Ｓ
关键词：嵌入式系统 Ａ Ｍ Ｕ Ｂ Ｐ ３５ Ｒ Ｌ ｘ ｕ ｎ ｉ Ｓ Ｅ ９１
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ
Ｅ ｂｄｅ ｙ ｅ ｓ ａ ｅｅ ｐ ｇ ｄ ｈ ｒ ａ ｈ ｔ ｔ ｆ ｅｄｄ ｓ ｔ ｉａ ｄｖｌ ｉ ｆｌＴｅ ｅ ｃ ｃｎ ｎ ｏ ｅ ｂｄｅ ｍ ｅｄｄ ｍ ｆ ｔ ｏ ｎ ｉ ． ｅ ｒ ｏ ｅ ｓ ｍ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓｓｍ ａ ｗｔ ｖｒｕ ａ ｅ ｏ ｃｍ ｕ ｒ ｊ ｔ ｅ ｎｙ ｅ ｓｓｍｗｒｅ ｙｅ ｄ ｌ ｈ ｉ ｓ ｃ ｆ ｐｔ ｓｂ ｃＲｃ ｔ ｎｔ ｔ ，ｉｌｓ ｔ ｅ ｉ ａｏ ｓ ｔ ｏ ｅ ｕ ｅ ． ｅ ｌ ｐ ｙｅ ｅｓ ｎｔＧ ｌａｏ ａｄ ｓ ｅｅ ｃｏｉａ ａｐｅ 妙 ｅ ｂｄｅ ｓ ｔ ．ｉａ ｅ３ ａ ｉｔｎ ｃｎ ｍ ｒ ｔｎ ｒ ｐｌｄ ｍ ｅｄ ｙ ｅ Ｐｍ ｒ ， ｐ ｃｉ ｎ ｏ ｕ ｐ ｌ ｒ ｃ ｅ ｅ ｉ ｄ ｍ ｒ ｙ ｓ
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明并表 示了谢意 。 申请学位论文与资料若有不实之处 ，本人承担一切 的法律责任 。
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关 于论 文 使 用授 权 的 说 明
本人完全 了解西安 电子科技大学 有关保留和使用学位论 文的规定，即：研究
生 在校攻读学位期ｉ论文工作的知识产权单位属西安电 ｕ ｌ 子科技大学。 学校有权保
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目 前，随着嵌入式系统在消费类电子，通信，自 动控制，航天等各个领域的 应用不断加深，对其软，硬件的要求也日趋提高，细化；同时也对嵌入式系统所 包含的功能提出了更高的需求。本文正是在这样的技术背景下，以本实验室研发 项目 为工作平台，细致研究了嵌入式系统从主芯片到操作系统，进而延伸至外设 模块的各个方面内容。其中，分为这样几个层次： 处理器方面主要着眼于 Ａ Ｍ 处理器的研究。 Ｒ Ｒ Ａ Ｍ系列处理器在当今嵌入式 系统中有着广泛而深入的应用。 Ａ Ｍ在各个应用层次上的的研发工作也在不 围绕 Ｒ 断的展开。本文所使用的嵌入式开发平台就是基于Ａ Ｍ９ Ｒ 芯片的。 现今的嵌入式系统已与数年前单一使用低性能单片机作为主控制器大有不同。 因此，为突现其实时性，向嵌入式系统上加载操作系统己是目 前的技术主流。本 文在纵览目 前常用嵌入式操作系统的基础上， 详细而又深入地分析了 嵌入式 Ｌ ｕ ｉｘ ｎ 操作系统的各个技术细节。最终，将其移植到 Ａ Ｍ 开发平台上。使本文使用的 Ｒ９ 开发平台具有了高效、可靠和便捷的软件开发环境。 在外设功能开发方面， 本文着眼于 Ｕ Ｂ总线的实现，首先研究了Ｌｎｘ Ｓ ｉ 下设 ｕ 备驱动的构成及编写方式。继而全面研究了 Ｕ Ｂ 总线的技术细节，最终在基于 Ｓ Ａ Ｍ９ Ｒ 的开发平台 上实现了Ｕ Ｂ总线的功能。 Ｓ 经过以 上的研究工作， 本文试图得到目 前嵌入式系统完整的开发流程， 并在此 基础上为其他工作者提供研发过程中的技术细节。另外，本文也希望通过这样的 研究工作，找到嵌入式技术与如 Ｕ Ｂ总线等传统主流技术的契合点。为工作在 Ｓ Ａ Ｍ嵌入式环境的上层应用程序开发者提供坚实的底层软、硬件平台。 Ｒ 本文各章内容安排如下： 第一章： 对嵌入式系统的大体概念及特点分类做出详细叙述， 交代本文所必需
Ｃｒ ｓ ３５ ， ｎ ｌ ｔｇ Ｍ ｕ ｉｄｖｌ ｍ ｎｂａ ｗ ｉ ｍ ｄ ｂ ｏｒ ｉｕＥ ９１ ｃｉｔ ｓ ａ ｉ Ａ Ｌ ｘ ｅｅ ｐ ｅｔ ｄ ｃ ａｅ ｕ ｒ Ｐ ｈ ｒ ｐ ｎｎ Ｒ ｉ ｎ ｏ ｐａ ｎ ｏｒ ｈ ｈ ｙ ｌ ｈｓ ｎ ｅ ｈ ｈ ｌ ｅ ｕ ｋｒｅ ｔｎｐ ｎｎ， Ｂ ｉ ｒ ｇ ｍ ａ ａ ｂｅ ｄｎ， ｉ ｉ ｕ Ｌｎｘ ｌ ｓｌ ｔｇ Ｕ ｄ ｖ ｐｏｒ ｉ ｂ ｅ ｏ ｗ ｃ ｎ ｄ ｉ ｅ ｒ ａ ｉ Ｓ ｒ ｅ ｒ ａ ｓ ｃ ｎ ａ
摘
要
嵌入式系统是飞速发展，日 新月异的技术领域，嵌入式系统的研究内容涉及
到计算机科学的 各个方面。 该领域目 前主要关注于网络系统、 无线网 ３ 络、 Ｇ应用、 消费类电子等。主要的研究热点包括嵌入式操作系统、系统芯片设计、应用软件
开发和各种服务性的研究工作。本文研究了嵌入式系统的体系结构和发展状况，
秉承学校严谨 的学风和优 良的科学道德 ，本人 声明所呈交 的论文是 我个人在 导师指 导下进 行的研究工作及 取得的研究成 果。尽我所知 ，除了文 中特别加 以标
注和致谢中 所罗列的内 容以 外，论文中 不包含其他人己 经发 表或撰写过的 研究成 果；也不包含为获得西安电 子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同 志对本 研究所做的 任何贡献均已 在论文中 做了明 确的说
１ ． １嵌入式系统的定义， 特点及分类［ ［ １ ｌ
嵌入式系统是一个较为复杂的技术概念， 也无疑是当今最热门的技术概念之
一。 在多数网站和书籍资料中， 对嵌入式系统大都有这样的定义： 嵌入式系统是 以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功 能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统一般 由嵌入式微处理器、外围硬件设备、 嵌入式操作系统以及用户的应用程序 ４ 个部 分组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。 对于这一概念，电气工程师协会具有更为权威的定义：嵌入式系统是用来控 制或者监视机器，装置，工厂等大规模系统的设备。嵌入式系统具有如下特点： ． 嵌入式系统功耗低，体积小，专用性强；
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ｒａｉｅ ｉ Ｌ ｎ ｘ ｉ ＵＳ Ｃｏ ｔｏｌｒ Ｅ ９ １ ． ｅ ｌ ｄ ｉｎ ｗ ｔ ｚ ｎ ｈ Ｂ ｎｒ ｌ ｏ Ｐ ３ ５ ｅ ｆ
Ｋ ｙ ｏｄ： ｅｄｄ ｔ Ａ Ｍ Ｌｎ ｘ Ｓ Ｅ ９１ ｅｗ ｒｓｅ ｄ ｅ ｓｓ ｍ Ｒ ｍｂ ｙｅ ｉｕ Ｕ Ｂ Ｐ３５
学位 论 文独 创 性 （ 创 新性 ）声 明 或
ｍ ｍ ｒｐ ｃ ｓ ｅ ｌｇｎ ｒ ｐ ｄ ｐｓ ａｄ ｔ ｃｌｍ ｃａｉ ． ｅ ｓ ｅ ｏ ，ｏｅ ｓ ｄ ｉ ，ｔｒ ｔ ｏ ｌ ｓ ｅ ａ ｅ ｎ ｍＴ Ｂ ｙ ｒ ｓ ｃ ｕｎ ｉｅ ｕ ｉ ａ ｎ ｙ ｍ ｌ ｈ ｓ ｈ ｕ ｈ ｓ ｓ
ｓ ｕｔｒ ａ ｄ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｏ ｅ ｏ ＵＳ ａｅ ｓｕ ｓｄＯ ｔｅ ｓｓ ｒｓａｃ ｏ ｔ ｃｕｅ ｃ ｒ ｎ ｏ ｎｃｔ ｍ ｄ ｌ ｏ ｆ Ｂ ｄ ｃ ｓｅ ．ｎ ｂ ｉ ｏ ｅｅ ｒｈ ｒ ｉ ｈ ａ ｆ ｎ
对Ａ Ｍ 处理器的工作模式， Ｒ 寄存器的设置和分配进行了研究， 对于嵌入式系统的 微处理器 Ｅ ９１ 进行了分析和讨论，并进行了Ａ Ｓ Ｐ３５ Ｄ 下开发平台的测试工作。 同时， 研究了Ｖ Ｗ ｒ ， Ｏ ， ｘ ｘ ｏ ｓ ｌ Ｓ Ｌｎ 等嵌入式操作系统， ｋ Ｐ ｍ ｉ ａ ｕ 重点分析了本研 究中用到的嵌入式Ｌ ｕ 操作系统． Ｍ ｕ。 ｉｘ ｎ Ａ Ｌ ｘ 研究了在微处理器 Ｅ ９１ 上实现 Ｒ ｉ ｎ Ｐ３５ 内 存管理、进程调度、中断处理和系统调用的机制。讨论了Ｕ Ｂ的总线结构和通 Ｓ 信模型， 在研究Ｃｒ ｓ ｉｕ 公司Ｅ ９１ 芯片的基础上， ｒ Ｐ３５ 在本实验室自 行研制的开发板 上进行了Ａ Ｍ ｎｘ Ｒ Ｌ ｕ 系统的移植研究工作，包括 Ｌｎｘ内核裁剪，编译以及移植 ｉ ｉ ｕ 加载。 使用 Ｅ ９１ 片内Ｕ Ｂ主机控制器 Ｅ ９１ Ｕ Ｂ ｎ ｏｅ 实现Ｔ ｎｘ Ｐ３５ Ｓ Ｐ３５ Ｃ ｔ ｌｒ Ｓ ｏ ｒ ｌ， Ｌ ｕ操 ｉ