嵌入式Linux下USB大容量存储设备驱动程序的研究和应用

摘要

USB以其高速、即插即用、易于扩展等优点，已逐渐成为各种系统平台的必备接口。USB设备模型中常使用PC作为USB主机设备，使得基于PC平台的USB驱动发展的比较成熟，基本实现了驱动的通用。但随着USB设备形式的丰富，人们也希望将嵌入式设备作为USB从端设备使用。由于嵌入式设备无论是数量还是种类都远远超过PC，因此对于嵌入式Linux下USB从设备端驱动程序的研究具有很大的实际意义和商业价值。另外嵌入式设备作为USB从端设备使用，所带来的安全性问题也是嵌入式领域的一个研究热点。
　　 本文研究的是嵌入式Linux下USB从设备端的大容量存储设备驱动(Mass StorageGadget)，目的是解决嵌入式设备作为USB从端设备使用时所带来的驱动设计和安全性问题。从分析Linux驱动开发的关键技术、USB总线协议以及Linux USB子系统架构入手，研究了Mass Storage Gadget驱动的设计方法、工作流程和功能特性。通过研究发现，Mass Storage Gadget驱动利用设备文件与USB主机进行数据交互，使得嵌入式平台对主机表现为存储设备功能，USB主机与外围设备间的数据传输都需要经过嵌入式平台的处理。在上述理论研究的基础上，结合Mass Storage Gadget驱动的功能特性，本文实现了一种针对USB存储设备进行访问控制的方法，使得用户对于USB存储设备的访问需要得到授权才能进行。
　　 本文主要工作在于研究Mass Storage Gadget驱动和实现针对USB存储设备的访问控制机制，所得到的研究成果对于嵌入式Linux下USB从设备端驱动程序的设计和USB设备安全性问题的解决有一定的借鉴和参考价值。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题背景与意义

1．2 论文的研究内容和组织结构

2 Linux操作系统下的设备驱动程序

2．1 Linux设备驱动程序的作用

2．2 Linux设备驱动程序的分类

2．2．1 字符型设备

2．2．2 块设备

2．2．3 网络设备

2．3 Linux设备驱动的关键技术

2．3．1 内存和I／O端口

2．3．2 时钟

2．3．3 中断处理

2．3．4 内核中的并发控制

2．3．5 阻塞和非阻塞I／O

3 USB大容量存储设备驱动程序的分析

3．1 USB协议研究和分析

3．1．1 USB拓扑结构

3．1．2 传输模式

3．1．3 USB设备架构

3．1．4 USB设备的枚举过程

3．1．5 Linux USB子系统的体系架构

3．2 Bulk-Only传输协议

3．3 Linux SCSI子系统

3．3．1 SCSI的系统构成

3．3．2 SCSI命令

3．3．3 Linux SCSI子系统的分层架构

3．4 Linux中的USB大容量存储设备

3．4．1 USB大容量存储设备类

3．4．2 USB大容量存储设备工作原理

3．5 Linux USB Gadget子系统研究和分析

3．5．1 Linux USB Gadget子系统

3．5．2 Linux Gadget相关结构

3．6 Mass Storage Gadget驱动

4 嵌入式Linux开发平台的构建

4．1 硬件平台的设计

4．1．1 ARM S3C2410简介

4．1．2 S3C2410处理器USB接口分析

4．2 建立交叉编译环境

4．3 Linux系统的移植

4．3．1 内核配置与编译

4．3．2 划分NandFlash地址空间

4．3．3 建立根文件系统

4．3．4 USB驱动移植(实现开发板挂载为U盘)

5 USB大容量存储设备安全策略设计与实现

5．1 访问控制机制研究与设计

5．1．1 访问控制策略

5．1．2 USB存储设备访问控制机制设计

5．2 USB存储设备的加解密

5．2．1 RC4算法

5．2．2 加密模块的设计

5．3 用户认证方式设计

5．3．1 硬件中断方式

5．3．2 call_usermodehelper()函数

5．3．3 模块引用方式

5．4 系统实现

5．4．1 软件结构设计

5．4．2 认证模块的实现

5．4．3 认证应用程序设计(Qt)

6 结论

7 展望

参考文献

9 攻读硕士期间发表的论文

致谢