基于G4+微处理器的USB接口设计与实现

摘要

当今是信息时代,对数据进行实时高效的采集利传输成了很多嵌入式系统必备功能。通用串行总线(USB)具有数据传输可靠、扩展方便、低成本、热插拔、即插即用等优点,是当前计算机必备的接口之一,使得它在嵌入式系统中得到了广泛应用。 本论文中的USB主机端和设备端系统设计,用于扩展Garfield 4 Plus微处理器的应用,完成嵌入式系统中微处理器与外部USB设备的之间的数据通讯。Garfield 4 Plus微处理器内嵌了ASIX内核,具有EMI、INTC、GPIO等多个功能模块。USB控制器芯片外挂在Garfield 4 Plus微处理器的EMI上,采用GPIO引脚接收USB控制器的中断信号,从而与Garfield 4 Plus微处理器进行数据交换。 论文首先对USB的基本协议和通信原理做了简要的介绍；然后根据Garfield 4 Plus微处理器和USB控制器芯片的功能结构,制定了相应的硬件平台设计方案；在软件平台的设计上,主要基于Nucleus嵌入式操作系统,然后通过参考USB控制器芯片应用手册,给出了系统的软件驱动方案,着重对USB主机端和设备端中Mass Storage类协议的设计与实现做了详细说明,由于本次论文中USB设备采用控制传输和批量传输,对USB系统软件做了相应的简化。在论文最后结合实际项目,介绍了一种USB上位机应用软件的设计和功能实现。 论文所设计的USB系统能够在以Garfield 4 Plus微处理器和USB控制器芯片为硬件平台、Nucleus嵌入式操作系统为软件平台的系统中运行,能够与USB存储类设备进行正常通讯,测试速度基本上满足了嵌入式环境的性能要求,具有一定的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2国内外研究概况

1.3课题的主要工作和意义

1.4论文的组织结构

第二章USB协议概述及技术分析

2.1USB总线介绍

2.1.1 USB总线的优点

2.1.2 USB总线结构

2.2 USB电气特性和即插即用

2.2.1 USB电气特性

2.2.2 USB设备插拔检测

2.2.3 USB设备动态加载和卸载处理

2.3 USB通信协议

2.3.1 USB通信协议结构

2.3.2 USB的传输基本单元

2.3.3传输类型和事务处理

2.3.4错误检验与恢复

2.4本章小结

第三章USB软硬件平台设计和驱动方案

3.1 USB模块中主要硬件介绍

3.1.1 Garfield 4 Plus嵌入式微处理器

3.1.2 SL811HS主机和设备控制器

3.1.3接口模块电路设计

3.2软件平台设计

3.2.1 Nucleus操作系统

3.3.2 FAT文件系统

3.3本章小结

第四章USB模块底层驱动设计

4.1主机端USB协议软件框架

4.1.1 USB主机端软件结构

4.1.2 SL811HS主机端寄存器初始化

4.1.3 USB 设备枚举

4.1.4 SL811HS主机端底层驱动设计和实现

4.2 USB设备端驱动程序设计

4.2.1 USB设备端软件结构

4.2.2 SL811HS设备端寄存器初始化

4.2.3基于Mass Storage类协议的实现

4.3可移植性分析

4.4本章小结

第五章基于操作系统的USB模块实现与测试

5.1 Nucleus操作系统中FAT文件系统的实现

5.2 USB在Nucleus中的任务创建与中断处理

5.3 USB上位机应用软件设计

5.3.1应用软件框架结构

5.3.2主要函数说明

5.4 USB模块测试和性能评估

5.4.1测试程序设计

5.4.2测试结果分析

5.5本章小结

第六章全文总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录

在校期间发表论文清单