Nucleus嵌入式系统下USB转以太网接口设计与实现

摘要

随着3G、B3G和WiMax等技术的发展，无线数据传输的速度越来越快，在此环境下，无线终端以太网的应用和开发也在如火如荼地开展。ATI的Nucleus嵌入式操作系统和TI的OMAP平台在无线宽带接入终端设计中有广泛的应用。本文从应用的角度围绕USB规范，USB主机控制器规范，Nucleus操作系统和OMAP平台，进行软件和硬件设计，给出了一种USB转以太网在宽带终端中的应用设计方案。
　　 本文根据设计要求，首先分析USB1.1规范，研究USB主机和USB设备的特点，结合OMAP USB主机控制器的实际，分析开放主机控制器规范(OHCI)，实现了OMAP的USB主机功能，并完成了对USB设备RTL8150L的枚举和配置。再次，研究了嵌入式操作系统Nucleus的体系结构和内核开发过程，在此基础上进行了内核移植分析。然后，分析了RTL8150L和OMAP1621的芯片结构和引脚特征，以及OMAP1621与RTL81501，之间的通信关系，设计了USB主机端和RTL8150L，的连接原理图。最后开发USB主机系统软件，实现USB转以太网的数据通路，完成了项目开发的软硬件联调和测试。
　　 在硬件设计上，实现USB转以太网功能的主要器件是RTL8150L，它与OMAP1621的接口是USB的DP、DM引脚，通过芯片内部电路实现USB信号与以太网信号的相互转换，RTL8150L出来的信号经隔离变压器处理后，再通过RJ45接口与PC机相连。
　　 在软件设计上，首先进行了操作系统的移植，然后采用模块化设计的思想，分层实现的方法，将USB转以太网软件设计分为USB任务的创建和中断注册、通用的USB主机设计、RTL8150L的配置和数据收发等模块。在USB主机的实现中，完成了USB主机的初始化以及USB主机的硬件和相关寄存器配置，并遵循主机控制器OHCI规范和USB1.1规范实现对RTLS150L的设置和数据的收发处理功能。
　　 最后开展一系列的测试，利用OMAP1621目标板和JTAG接口工装板与计算机并口的通信，下载CCS编译生成的.out文件到OMAP1621中，进行USB主机系统的软件和硬件的联合调试。测试工作包括USB设备连接检测的测试；主机识别设备并对设备进行配置的测试；主机和设备之间数据传输的测试。这些测试表明本USB主机的软、硬件电路设计是正确的，USB主机能够实现对设备的检测、识别、配置等操作，最终实现了USB转以太网的数据收发功能。