嵌入式 USB 主机技术

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1、1　绪论§1.1课题研究背景USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB接口可用于连接多达127种外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。USB自从推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。USB技术诞生于1994年，当时是由PC界的几位巨头，如康柏、IBM、Intel和Microsoft等共同推出的，旨在统一外设接口。可是USB标准的真正颁布是在1996年，当时的标准是USB1.0，由于没有操作系统和主板产品的支

2、持，所以USB这一标准在出台后并没有得到迅速地推广。直到1998年，USB才迎来了广泛的应用，首先是IT业界巨头们制定了新的USBl.l标准，使USB技术更加成熟可靠，接着Win98发布，Win98宣布正式对USB接口提供支持，USB才得以真正发展起来，并成为当今主流的接口技术。当前，在市场上流行的USB接口主要符合:USB1.1、USB2.0和USBOTG三种规范[2]。USB技术的出现已经使得PC和外围嵌入式设备用最简单的方法实现了连接，从而降低了各种产品的制造成本，同时也避免了不同设备接口的混乱局面。但是

3、，USB标准是围绕PC而开发的一套通用接口标准，它的主从结构使得USB不支持非PC的点对点连接，其实也就是说不能通过USB总线实现PDA到手机，数码相机到打印机，MP3、MP4到Smartphone的直接连接。离开了PC机的USB主机接口，所有具备USB从机接口的嵌入式设备根本无法相互识别，更不能互相通信。为了解决这个困扰USB发展的问题，USB-IF（USBImplementersForum,USB应用者论坛）于2001年12月发布了一个补充规范，即USBOTG(On-The-Go)，其主要目的就是在没有PC

4、的情况下实现设备之间的数据传送。但并不是从理论上定义了USBOTG，就能够直接投入到现实中使用。因为目前各类嵌入式外设间还没有将USBOTG引入到开发标准中，尽管USBOTG已经解决了两个设备间的控制管理和电源管理的关键性问题，但是数码相机、MP3、MP4、PDA等这些外部设备间并没有在驱动程序上进行调整，两个设备还不能实现相互的有效的识别。不同设备间的直接验证成了非常复杂的问题，限制了以前的设备实现USBOTG，这还需要众多外部设备生产厂商间的协同与沟通。在这种情况下，为了尽快摆脱以PC为中心的局面，实现越来

5、越多的数码外设之间的互连、互通，研究和发展嵌入式USB主机技术就显得尤为重要。§1.2研究的目的及意义嵌入式USB主机技术就是在嵌入式产品中加入USB主机接口，使嵌入式产品能够像PC机一样，连接各种各样的USB设备，如USB鼠标、USB键盘、USB移动存储设备等等。随着半导体工业的发展，嵌入式处理器从8位、16位发展到32位甚至64位，并向着多线程多内核方向发展，嵌入式系统的硬件功能越来越强大。其工作频率的提升与工作效率的提高，使得嵌入式系统中的高速运算、多媒体运算等成为可能。这在运算速度、处理能力上为实现嵌入

6、式USB主机技术提供了保证。同时，随着IC制造技术的发展进步和USB技术的不断推广，现在已有为数不少的半导体公司提供USB主机接口芯片，如Philips,Cypress,Atmel,Ali和ScanLogic等。越来越多的片上系统中也集成了USB接口，这些硬件上的进步为实现嵌入式USB主机技术提供了良好的硬件基础。在软件方面，嵌入式操作系统的迅速发展在很大程度上缓解了开发嵌入式USB主机接口的难度。以Linux操作系统为例，Linux操作系统是当前非常流行的嵌入式操作系统，它以功能强大、系统稳定、开放源码、驱动

7、程序丰富、支持多种硬件平台、易于移植等特点在嵌入式领域得到越来越多的应用。Linux内核从2.4版本以后就开始包含USB核心子系统，支持USB主机驱动。经过以上分析，开发具备USB主机接口的嵌入式系统的软硬件环境都已经成熟。在PC领域，USB接口已经成为通用的接口之一，市场上出现了数以亿计的USB外设和接口转换设备。USB接口技术得到了非常广泛的应用和发展。目前，在嵌入式领域要充分利用现有的资源，最好的方式之一就是在嵌入式系统中提供USB主机接口。从而，摆脱以PC为中心的局面，满足人们对数据交换的可移动性和便携

8、性的要求。§1.3课题研究的主要内容综上所述，本方案的最终目标为在基于ARM嵌入式硬件平台和嵌入式Linux操作系统的支持下实现嵌入式系统的USBHOST功能。论文工作分两阶段完成:第一阶段为搭建基于S3C2410B+uclinux的嵌入式开发平台。主要的工作有:设计实现符合硬件板要求的系统启动引导程序BootLoader和在ARM板上移植uclinux内核。对uclinux内核进行裁