基于ARM的USB OTG IP核主机端驱动的设计与实现

摘要

USB已经成为一种在PC与外围设备之间交换数据的通用总线接口，越来越多便携式外围设备使用USB总线接口与PC通信。但USB通信只能在主机与外围设备之间发生，为了使便携式USB设备之间进行USB通信，定义了USB2.0OTG规范，允许便携式设备成为受限的USB主机。
　　 本课题设计验证符合USB OTG规范的IP核，并开发USB OTG IP核相关驱动，包括OTG驱动、主机端驱动、设备端驱动。其中，OTG驱动用于实现主机端和设备端角色的转换，主机端驱动实现主机功能，设备端驱动实现设备功能。OTG设备接入后，USB OTG IP核根据OTG中断请求类型，转入相应的主机、设备模式；主机模式下，主机端驱动用于实现USB OTG IP核的USB主机功能，完成与外围从设备的数据交换过程。主要内容包括：
　　 首先，论文提出了Linux下USB OTG的总体驱动框架，对OTG的原理作了阐述。其次，论文对主机端驱动设计需要参考的USB2.0协议、EHCI协议、OHCI协议做了研究分析。USB主机是USB总线的核心，它负责管理整个USB总线的信息，发起事物传输。再次，Linux操作系统以其开放性、良好的可移植性、不付费等特点成为嵌入式操作系统开发的首选。Linux提供了比较完善的USB驱动体系，大大地缩短开发周期。通过对Linux操作系统中关于USB主机端驱动体系的研究，作者提出高速、全速主机控制器驱动框架，并编写了该主机驱动。最后，论文介绍了USB OTG IP系统的测试开发平台、驱动程序的调试方法、调试过程并对调试过程中遇到的问题进行了分析与解决，给出了测试结果及结论。
　　 USB OTG IP核已经在Realview EB开发板上进行充分验证测试。FPGA测试结果表明其硬件和驱动的设计实现了系统的有限主机与设备的功能，有较好的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略词表

声明

第一章 引言

1.1 USB OTG发展概述

1.2 Linux简介

1.3 论文研究的目的和意义

1.4 本论文的主要工作

第二章 USB OTG相关协议研究与分析

2.1 USB协议分析

2.1.1 USB系统

2.1.2 OTG补充协议

2.2 OHCI和EHCI协议分析

2.2.1 OHCI协议规范

2.2.2 EHCI协议规范

2.3 本章小结

第三章 USB OTG主机驱动程序的设计与实现

3.1 USB OTG IP核硬件设计分析

3.1.1 IP核系统框图

3.1.2 IP核各个模块简单介绍

3.2 Linux USB OTG整体驱动框架

3.3 Linux USB主机端驱动体系结构

3.3.1 USB设备类驱动

3.3.2 USB核心驱动层实现原理

3.3.3 主机控制器驱动层实现原理

3.4 USB主机的工作过程

3.5 USB主机端驱动的调度机制

3.6 USB OTG IP主机控制器驱动程序设计

3.6.1 主机控制器驱动软件工作流程

3.6.2 主机控制器驱动结构

3.6.3 平台驱动、设备注册接口实现

3.6.4 与操作系统内核接口实现

3.6.5 Root hub接口函数实现

3.6.6 EHCI driver层分析

3.7 本章小结

第四章 系统开发测试平台介绍及驱动程序的调试与测试

4.1 系统开发平台介绍及搭建

4.1.1 开发板简介

4.1.2 Realview EB硬件系统构成

4.1.3 USB OTG IP核与ARM系统之间的中断信号分析

4.1.4 平台搭建

4.2 驱动程序的调试与测试

4.2.1 主机驱动调试遇到的问题与解决

4.2.2 主机驱动测试与分析

4.2.3 系统功能测试

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间的研究成果以及发表的学术论文