基于ARM9的Linux内核移植及USB设备驱动程序开发

摘要

Linux操作系统以其免费、源代码开放、效率高等特点，广泛的应用于嵌入式系统中。ARM系统的处理器在嵌入式领域占主导地位，为了把Linux内核用于ARM9开发平台需要进行相应的内核移植和驱动程序的开发。而USB的快速发展使其不断取代了串并口等传统外部接口成为外部设备与PC之间数据传输的主要通道。因而在ARM9平台上实现Linux内核移植和USB驱动程序的开发成为了研究热点。
　　 本文首先研究USB总线协议的各个方面，包括分层的星型拓扑结构、设备配置、数据流模型、数据传输方式和各种类型的包以及USB的电源、电气特性等内容，为USB驱动程序的编写打下了扎实的理论基础。其次，根据Linux嵌入式开发平台的需要，配置相应的开发工具、合理剪裁Linux内核、选择合适的Bootloader和根文件系统，最后把它们移植到ARM9开发平台上，搭建好开发环境。接着研究了Linux环境下的设备驱动程序，深入了解设备模型和设备驱动程序开发框架以及并发、内存、中断机制，从而熟悉字符设备、块设备、网络设备驱动开发的一般方法。在此基础上研究USB总线协议在Linux内核中的实现，USB设备驱动程序开发的重要结构体URB和开发过程中的主要函数。最后在ARM9平台上实现了一个串口USB设备的驱动程序开发，进行了相应的实验验证并获得期望的结果。因此对Linux内核的底层实现机制和USB驱动程序开发有了更深的理解，这对以后的Linux嵌入式系统开发有重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 Linux操作系统的应用和研究现状

1.2.2 ARM的应用与研究现状

1.2.3 USB总线的应用与研究现状

1.3 课题来源及主要研究内容

第2章 USB总线协议

2.1 USB总线拓扑结构

2.2 USB设备配置

2.2.1 设备描述符

2.2.2 配置描述符

2.2.3 接口描述符

2.2.4 端点描述符

2.3 USB数据流模型

2.3.1 宏观上的USB数据流模型

2.3.2 微观上的USB数据流模型

2.4 USB包

2.4.1 USB包的数据域

2.4.2 USB包的类型

2.5 USB数据传输

2.5.1 控制传输

2.5.2 批量传输

2.5.3 中断传输

2.5.4 同步传输

2.6 USB电气、机械特性和电源

2.6.1 USB电气、机械特性

2.6.2 USB电源

2.7 本章小结

第3章 目标平台与开发环境的搭建

3.1 S3C2410目标平台

3.2 构建嵌入式Linux开发环境

3.2.1 嵌入式交叉编译环境搭建

3.2.2 主机交叉开发环境的配置

3.3 Linux内核移植

3.3.1 Linux内核

3.3.2 Linux内核配置和编译

3.4 嵌入式Bootloader技术

3.4.1 Bootloader简述

3.4.2 Bootloader结构框架

3.4.3 编译Bootloader

3.5 根文件系统

3.6 配置目标平台

3.7 本章小结

第4章 Linux下USB设备驱动程序

4.1 Linux设备模型

4.1.1 kobject, kset和subsysm

4.1.2 总线、设备和驱动程序

4.2 Linux设备驱动程序框架

4.2.1 Linux设备分类

4.2.2 并发、内存和中断机制

4.3 Linux USB驱动层次

4.4 USB主控制器驱动

4.5 USB请求块(URB）

4.5.1 URB结构体

4.5.2 URB生命周期

4.6 USB设备驱动程序结构

4.7 本章小结

第5章 USB串口设备驱动程序的实现

5.1 串口设备驱动程序的编写

5.1.1 模块加载和卸载函数

5.1.2 探测和断开函数

5.1.3 串口设备各种操作的驱动实现

5.2 实验验证

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢