USB海量存储类设备功能在ARM系统中的应用
昆明理工大学 理学院 童耀南,吴光敏,孟 宇
技术发展到今天的信息时代,数据的存储和传输在嵌入式系统有了越来越重要的地位。而USB是目前设计成熟、应用广泛且使用极为简捷的技术,USB传输是一种高效方便的数据传输方式。基于上述原因,本文重点论述基于USB的海量存储(USB Mass Storage)设备功能在ARM嵌入式系统中设计和应用。使用该设备功能,上位机可以像读写普通U盘一样对于系统采集并存储在FLASH中的数据进行读写。
1 硬件方案
l.1 器件简介
S3C44B0X[1]是SAMSUNG公司出品的基于ARM7TDMI内核的RISC型微处理器,8 kB指令和数据共享的缓存,主频可达66 MHz,可以运行16位的Thumb指令和32位的ARM指令,且接口丰富,具有通用性。
K9F2808U0C[2]是SAMSUNG公司生产的一款Nand型闪存芯片,容量为16 MB,读写速度快,数据保存时间长,可擦写10万次,在嵌入式系统中有着广泛的应用,主要是负责数据存储。
PDIUSBDl2[3]是PHILIPS公司生产的带有并行总线和局部DMA传输能力的全速USB接口芯片,符合USB1.1版规范,可以与任何外部MCU／MPU实现并行接口,传输速度可达2 MB／s。该USB芯片有1个控制端点和2个普通端点。
1.2 硬件连接图
硬件连接如图1所示。在该系统中,FLASH芯片K9F2808U0C负责嵌入式系统中的数据存储;处理器S3C44B0X执行底层固件代码;USB接口芯片PDIUS-BDl2负责设备与上位机的通讯。这样系统采集并存储在闪存芯片中的数据便可以通过USB接口传输到上位机。
2 软件实现
要实现实验系统与上位机的USB通讯,首先要正确设计PDIUSBD12的底层固件程序。而要实现系统的海量存储设备功能,还要有FLASH的读写操作代码和实现海量存储设备类规范的代码。下面从这3个方面来分析。软件开发环境为ARM公司的ADS1.2,USB监控和测试软件为BUS Hound。
2.1 PDIUSBD12固件编程
PDIUSBDl2固件结构和数据流向如图2所示。结构图中的硬件提取层是固件中的最底层代码,负责对处理器与PDIUSBDl2相连接的I／O口进行操作,以通知PDI-USBD12接下来处理器将对其进行命令操作或是数据操作。而命令接口层是基于硬件提取层的一套对PDIUS-BDl2进行操作的子程序,可以方便上层程序的编写。
当PDIUSBD12向处理器发出中断请求时,处理器读取中断寄存器,根据中断源调用相应的中断服务处理程序,中断服务处理程序设置相应的事件标志,如果有数据传输并作相应的数据处理。根据USB协议[4],控制端点0用来负责设备的枚举,如获取设备各种描述符、设置地址、获取海量存储设备的逻辑单元数目和复位设备等操作。这些操作是通过中断和主循环共同完成的。这里端点1未用到,可以忽略其中断。端点2是主端点,用作Bulk-Only传输。在端点2的中断处理程序中实现Bulk-Only传输及命令解析和执行。
其中,中断服务处理程序与主循环通过一个名为ControlData的结构体变量进行通讯。主循环初始化I／O口、事件标志bUSBFlags、建立包数据缓冲区、定时器和中断,重新连接USB总线后进入一个无限循环,当该循环轮询到某事件标志被置位时便进行相应的处理。特别是在设备枚举中当建立标志被置位时,根据设备请求的类型域ControlData,DeviceRequest,bmRequestType来确定是标准设备请求、厂商设备请求还是类型设备请求,再根据请求类型进行相应的调用。
2.2 K9F2808U0C读写操作
