基于μClinux的嵌入式USB主从机系统

摘要

嵌入式系统是一个快速发展的领域。嵌入式系统的研究内容涉及到计算机学科的各个方面，主要的技术热点包括嵌入式操作系统、系统芯片设计、应用软件开发和各种服务性的研究工作。 随着嵌入式技术在信息电器、移动计算机设备、网络设备和工控仿真等领域的广泛应用，通过公共标准接口在不同设备之间进行数据交换的需求迅猛增长。作为业界事实标准的USB接口应用于嵌入式设备中存在亟待解决的问题，即带有USB接口的设备间的数据交换仍离不开目前大量扮演USB主机角色的PC机，无法实现真正的移动数据交换。故而，本文从目前市场形势与学院学科建设需求出发，兼顾教学试验与应用开发，结合嵌入式系统和USB系统的特性，构建基于μClinux的嵌入式USB主从机系统，使之既可以作为USB主机读写USB设备(如U盘)，又可以作为USB设备与PC机交互。 论文首先搭建了基于ARM的嵌入式系统开发板软件平台，即设计实现具有双启动模式的系统引导程序Bootloader，根据硬件板资源环境对gClinux内核进行裁剪、配置、编译和移植。然后进一步分析USB主机遵从的协议及其工作原理，并结合μClinux下一般设备驱动的开发，研究μClinux的USB子系统，在此基础上设计Philips ISPll61主机控制器驱动程序，编译进μClinux操作系统，从而实现板上的USB主机功能。论文在研究本系统所使用的操作系统μClinux的过程中，对μClinux内存管理策略进行分析，针对应用中存在的问题提出一种改进的内存管理算法，在预知系统的一些应用的前提下可以提高物理内存分配回收效率。 在嵌入式应用中实现USB并不那么简单，作为近年新出现的USB OTG(USB On-The-Go)两大功能之一的嵌入式USB主机为实现两。USB设备直接通信铺路，关于此方面的研究国内外均处于起始阶段，尚不成熟。 本文给出的在基于ARM7开发板上的以μClinux操作系统为支撑的USB主机实现方案无论对于研究嵌入式USB设备的点对点通信还是作为相关产品测试原型都有一定的理论意义和实用价值，应用前景广阔。本文所作的工作对USB OTG设备的软硬件应用开发和研制也具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和关于论文使用授权的说明

第1章绪论

第2章嵌入式系统开发平台概述

第3章系统引导程序的设计实现

第4章μClinux的移植及其内存管理改进

第5章基于μClinux实现USB主从机功能原理

第6章嵌入式USB主机系统的软件设计实现

第7章总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的主要学术论文