嵌入式Linux操作系统下EZ-USB设备驱动程序的设计与实现

摘要

Linux系统是一款优秀的开放源码的操作系统,正是因为其开放性和可移植性使它在当前的嵌入式产品开发中有着非常重要地位。通用串行总线(USB)作为一种新型总线,日益广泛地应用到IT产品中。Cypress Semiconductor公司的EZ-USB FX2是世界上第一款集成USB2.0的微控制器,它集成了USB2.0收发器、SIE(串行接口引擎)、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。在FX2中,智能SIE可以硬件处理许多USB1.1和USB2.0协议,从而减少了开发时间和确保了USB的兼容性。由于Cypress公司没有提供Linux系统下面EZ-USB FX2设备驱动程序,所以本课题的目标就是设计和实现EZ-USB FX2在Linux操作系统下面的设备驱动程序,并且要为已建立在Windows系统下的医学影像采集处理系统提供Linux系统下面的与Windows系统一致的固件下载接口。本文首先对EZ-USB FX2设备的体系结构和Linux2.6内核的驱动模型进行了分析,然后提出了EZ-USB FX2设备驱动的设计方案以及对起固件下载接口的封装方案,最后是对方案的实现。课题的设计、实现涉及到Linux驱动程序、固件下载、接口封装三个方面的内容。在Linux驱动程序实现中,采用了Linux-2.6.20版本内核作为驱动开发的源码树支持,2.6.20内核不仅是一款非常稳定的内核版本而且还为开发人员提供了一些新的特性使开发更加便利,提高了开发的效率。本课题的固件下载是在已建立好的EZ-USB FX2驱动程序的基础上在用户空间中对驱动程序进行调用以完成固件下载任务,这样不仅提高了对内核资源的有效利用而且还降低了调试的难度。在封装固件下载接口的时候,针对Windows系统下已经建立的医学影像采集处理系统中所采用的下载函数以及函数内部所调用的Windows系统中用于设备通讯的DeviceIo Control接口进行了统一封装,为医学影像采集处理系统的跨系统移植奠定了基础。本文在Linux驱动程序和固件下载程序的设计与实现中,以软件工程的思想为指导,采用统一建模语言UML工具,对所研究的内容进行了设计、分析和实现。最后,还对所做工作的难点与不足进行了阐述和总结,对Linux设备驱动模型和USB2.0技术的前景进行展望、最新发展动态进行了跟踪。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 USB 技术发展现状

1.2 USB 控制芯片的当前发展现状

1.3 课题背景

1.4 本课题的研究意义

1.5 主要工作

2 技术背景介绍

2.1 EZ-USB FX2 特点概要

2.2 USB 技术概要

3 内核的准备工作

3.1 内核环境准备和开发工具的建立

3.1.1 Linux 中的内核空间和用户空间

3.1.2 内核编译前的准备

3.1.3 内核的配置、编译和安装

4 EZ-USB FX2 驱动程序设计与实现

4.1 LINUX 驱动模型和重要的数据结构

4.1.1 kobject 数据结构

4.1.2 kobj_type 数据结构

4.1.3 kset 数据结构

4.1.4 subsystem 数据结构

4.1.5 对系统bus 的描述

4.1.6 device 数据结构

4.1.7 driver 数据结构

4.1.8 Linux 驱动模型总结

4.2 LINUX USB 设备驱动程序框架设计

4.2.1 Linux USB 驱动的体系结构

4.2.2 Linux 中USB 设备驱动的核心数据结构

4.2.3 EZ-USB FX2 device 结构体

4.2.4 驱动程序的注册与注销

4.2.5 探测与断开函数

4.2.6 设备文件的读写

5 固件下载和接口封装

5.1 EZ-USB FX2 内存分布

5.2 固件下载流程

5.3 下载所用的CTRL_MSG 函数

5.4 DEVICEIOCONTROL 函数的实现

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 改进和完善

6.3 USB 技术展望

致谢

参考文献

附录