基于ARM的嵌入式USB主机系统设计

摘要

本文详细介绍了一种基于ARM内核处理器开发的USB主机系统.该主机系统实现了USB核心驱动程序、主机控制器驱动程序以及用户程序,支持MassS torage设备类协议,并在系统中建立了精简的FAT文件系统,能够用此系统来读取FLASH闪盘中的文件数据,并通过RS-232接口送入PC显示.传统意义上的USB开发仅仅是对USB设备的开发,比如设计一个Flash闪盘.但在USB体系结构中,USB设备无法发起或控制一个USB的传输过程,因此,一旦脱离了主机,USB设备就毫无用武之地.现今的USB主机一般意义上指PC机.而使用PC机作为主机,对一些应用场合有局限性.因此,开发一款USB主机,实现USB主机的嵌入式化,使USB设备的使用可以脱离PC机是有广泛应用前景的.本系统使用Samsung公司的S3C44B0芯片作为主CPU,使用Cypress公司的SL811HS芯片作为主机控制器芯片,构建了USB主机系统.系统硬件方案设计具有成本低、功耗小、速度快等特点.在软件上,系统完成了USB主机控制器驱动程序、核心驱动程序以及用户软件的设计,可很好地完成设备的枚举、配置等功能;系统支持Mass Storage类协议,并建立了精简的FAT文件系统,可以完成Flash闪盘上文件的读取.按照论文中提出的方法,实现了USB主机系统的构建,对开发嵌入式USB主机,使USB应用脱离个人电脑具有普遍意义.论文针对所设计的系统,就USB主机系统作了总结和分析,并对嵌入式USB主机的发展前景作了展望.

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文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1课题的背景及意义

§1.2 USB主机系统解决方案介绍

第二章USB主机的系统分析及其工作原理

§2.1 USB主机系统的结构

§2.1.1 USB主机控制器及其功能

§2.1.2 USB主机控制器驱动程序

§2.1.3 USB核心驱动程序

§2.2 Mass Storage类协议

§2.2.1 Mass Storage类概述

§2.2.2单批量Bulk-only传输协议

§2.2.3 Mass Storage类协议的UFI子类命令

§2.3FAT文件系统

§2.3.1 FAT文件系统结构

§2.3.2 Flash闪盘的文件系统结构

§2.4 USB主机系统的工作原理

§2.4.1 USB系统的数据传输方式

§2.4.2 USB设备的枚举过程

§2.4.3 USB设备的描述符

§2.4.4标准请求命令

第三章嵌入式USB主机系统规划

§3.1系统硬件设计思路

§3.2系统软件功能模块

第四章系统软硬件平台的构建

§4.1硬件电路总体考虑

§4.1.1系统硬件总体框图

§4.1.2中央处理器的选择

§4.1.3主机控制器芯片的选择

§4.1.4其他具体模块组成

§4.2系统软件平台构建

§4.2.1 ARM开发工具综述

§4.2.2 ARM集成开发环境ADS介绍

§4.2.3 JTAG仿真器

§4.3人机交互界面

§4.4本系统软硬件开发环境

第五章系统硬件设计

§5.1 S3C44B0芯片及引脚说明

§5.2系统供电电路设计

§5.3存储器电路设计

§5.3.1 Flash存储电路

§5.3.2 SDRAM存储电路

§5.4 SL811HS外围电路设计

§5.5复位及时钟电路

§5.6串行接口电路

§5.7 JTAG测试口电路

§5.8键盘，LED显示电路

§5.9系统实物图

第六章系统软件设计

§6.1应用程序的程序框架

§6.2 S3C44B0的初始化

§6.2.1系统运行环境的初始化

§6.2.2应用程序的初始化

§6.3键盘、LED显示及RS-232接口的程序设计

§6.3.1键盘中断功能

§6.3.2 LED显示程序

§6.3.3 RS-232接口程序

§6.4 SL811HS与CPU的通信程序设计

§6.5 USB主机协议软件设计

§6.5.1 SL811HS的初始化

§6.5.2 USB的传输功能的实现

§6.5.3 USB枚举的软件实现

§6.6 Mass Storage类协议软件实现

§6.5.1命令块封包CBW和命令状态封包CSW的定义

§6.5.2单批量Bulk-only传输协议和UFI命令的软件实现

§6.7 FAT文件系统的实现

§6.8系统软件流程

第七章总结与展望

§7.1项目总结

§7.2 USB主机技术发展展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢