08级信工五班张永

北京化工大学北方学院毕业设计（论文） I 诚信申明 本人申明： 我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。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，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名： 年 月 日 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

II 基于ARM9的USB驱动程序的设计与实现 QQ: 626408794 电子信息工程专业 指导教师 刘老师 史老师

摘 要 嵌入式系统(Embedded System)无疑是当今IT界最热门的概念之一，它是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，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。 本文研究了基于ARM9的USB驱动程序的设计与实现。首先从硬件构成和操作系统两方面简要叙述了嵌入式系统的相关知识，接着对基于Arm9的嵌入式系统开发平台进行了硬件测试。搭建了嵌入式Linux系统平台。然后研究了USB总线、Linux内核与设备驱动之间的工作机制，然后研究Linux操作系统中USB系统结构及其驱动程序，从USB核心、主机控制器驱动和设备驱动三方面对Linux下USB系统源码进行了详细分析，并描述了USB主机控制器的工作流程，同时针对ARM9处理器编写了Linux操作系统下的USB主机控制器驱动程序。

关键词：ARM9 嵌入式系统 Linux USB驱动 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

III Based on the ARM9USB driver design and Implementation Abstract Embedded system is one of hot topics in IT field without question．It centers on application,based on computer technology．Its software and hardware can be cut out in order to applicationsystem．It is designed to perform a specific function，in other words，it is a specific system which isstrict for function，reliability, cost，cubage and power consume。 In this paper, based on ARM9 USB driver design and implementation. First, hardware configuration and operating system from both a brief description of the knowledge of embedded systems, then Arm9-based embedded system development platform for hardware testing. Build embedded Linux platform. Then studied the USB bus, Linux kernel and device drivers between the working mechanism of the Linux operating system and system architecture and its USB driver from the USB core, the host controller driver and device drivers face three USB system source code for Linux conducted a detailed analysis and description of the workflow USB host controller, and prepared for the ARM9 processor under the Linux operating system, USB host controller driver.

Key words: ARM9 embedded system Linux USB dil'ver 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

IV 目 录 前 言 .................................................... 1 第1章 课题研究价值 ......................................... 2 第1.1节 理论和实践的意义 .................................... 2 第1.2节 国内外研究现状 ...................................... 2 第2章 嵌入式ARM处理器 ..................................... 5 第2.1节 嵌入式系统特性 ...................................... 5 第2.2节 ARM处理器体系结构 .................................. 7 第3 章 嵌入式linux操作系统 ................................ 13 第3.1节 Linux的历史 ....................................... 13 第3.2节 Linux作为嵌入式开发的优势 .......................... 13 第3.3节 嵌入式Linux系统体系结构 ........................... 14 第4章 USB驱动原理 ......................................... 18 第4.1节 USB总线规范 ....................................... 18 第4.2节 USB总线简介 ....................................... 19 第4.3节 USB总线拓扑结构 ................................... 21 第4.4节 USB数据流模型 ..................................... 21 第4.5节 USB设备驱动程序的概述 .............................. 22 第4.6节 USB驱动程序结构 ................................... 23 第4.7节 USB的主机驱动结构 ................................. 24 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） V 第5章 USB驱动程序的分析与实现 ............................. 29 第5.1节 USB主控制器驱动程序实现 ............................ 29 第5.2节 USBD的介绍 ........................................ 35 第5.3节 USB设备驱动的实现 ................................. 37 第5.4节 大容量的存储设备简单介绍 ........................... 47 结 论 ................................................... 49 参考文献 ................................................... 50 致 谢 ................................................... 51 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

1 前 言 USB是一种新兴的计算机外围串行通信接口标准，它以单一类型的总线连接各种不同的类型的设备。现在支持几乎所有可以连接到PC上的设备。USB具有热插拔、即插即用、数据传输可靠、扩展方便、低成本、系统总线供电、系统总线带宽利用率高等特点，基于以上优点，USB在PC和便携式电子产品中已经成为必备外围接口，这样就需要在软件方面对USB有良好的驱动支持。 在PC上，操作系统对USB给予了完全的支持，当USB设备连接到系统上时，操作系统会自动检测设备，并自动加载相关的驱动程序，利用默认配置参数对设备进行配置，方便了USB客户端设备的使用。但在嵌入式设备上，由于硬件体系结构不同，操作系统在PC下提供的驱动不能完全照搬过来用，需要根据具体硬件进行修改，甚至需要根据嵌入式设备硬件资源状况进行重写或裁剪，以满足具体的需要。本文就是在ARM9(S3c2410)芯片和Linux操作系统下对USB OHCI的驱动程序进行了编写和分析，满足了USB设备在ARM9（S3c2410）芯片上的使用需求。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

2 第1章 课题研究价值 第1.1节 理论和实践的意义 随着以ARM为代表微处理器高速发展，装有操作系统的嵌入式产品越来越多，功能越来越多强大。带有USB接口的嵌入式产品更方便了与PC机进行数据传输。Linux操作系统以其开放源代码、功能强大、稳定等优势使其在嵌入式操作系统领域得以迅速发展[1]。嵌入式设备种类繁多的特点决定了不同的设备需要设计者开发相应的产品驱动，因此嵌入式Linux设备驱动程序的开发在整个嵌入式系统开发工作中占有举足轻重的地位。

第1.2节 国内外研究现状

从美国微软发布“维纳斯计划”白皮书到中国科学院推出的“女蜗计划”，整个世界仿佛在一夜之间掀起了嵌入式开发与应用的热潮，人们开始关注嵌入式技术的发展和应用情况实际上，虽然嵌入式系统这一名词在最近几年才成为流行，但早在80年代，国际上就有一些IT组织、公司，开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。就嵌入式系统的硬件来说，其处理器有8位、16位、132位不同类型，其架构也有X86、ARM、MIPS、SHx等不同类型。就嵌入式操作系统来说，目前市场上主流的有Windows CE、VxWorks、Lmux、QNX、pSOS等。目前32位的微处理器硬件和实时多任务的操作系统软件相结合是嵌入式系统发展的主流[2]。 基于ARM(Advanced RISC Machines)技术的微处理器却大约占据了32位RISC(Reduce Instruction Set Computing)微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面，例如苹果最近推出的iPhone手机，里面有ARMll、ARM9和ARM7。由于ARM芯片的高性能，使在其上建立嵌入式系统成为可能。如果开发驱动程序就要有一款实用开源的嵌入式系统了那就非linux莫属。 Linux是以其开源、易于移植和可裁剪性。使得越来越多地被应用于嵌入式系统。近年来，随着计算技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3C(计算