嵌入式系统U盘实时启动技术

2011-08-03 08:40:54来源: 互联网

引 言

  随着USB技术的发展,优盘在PC机系统上已得到广泛的应用,基本上取代了软盘,PC机系统可以实现从优盘启动。由于优盘性能稳定,体积小巧,访问速度快,因此它也非常适合作为嵌入式实时系统的存储设备。这为嵌入式实时系统的启动提供了一种崭新的思路,即从优盘启动。这种方法对嵌入式实时系统板上的程序存储空间要求不高,只要在Flash中存储嵌入式实时系统的Bootrom程序即可,将系统的映像文件放在优盘上,实现实时操作系统从优盘加载。

       目前基于VxWorks设计的嵌入式实时系统应用非常广泛。嵌入式实时系统的启动方式多种多样,WindRiver公司提供的参考BSP(Board support Package)包中就提供了几种启动方法。另外在参考文献[2]中,作者也提出了几种基于VxWorks的嵌入式系统的启动方法。这些方法可根据具体的应用需求,适当选取。笔者在开发CableModem时也都曾实现过这些方法。这些方法存在的共同问题是:虽然能更新板载程序存储器中的映像文件,但由于程序存储器一旦设计后就无法再扩展其存储空间;而在实际应用中,由于嵌入式系统功能的增强,系统映像文件的体积会不断增大,会出现超过目标板的程序存储空间的问题,从而使得新的映像文件无法烧录到目标板中。

       嵌入式实时系统从优盘启动的显著优点主要表现在:更新系统映象文件方便(替换优盘中的影像文件即可,无需重新烧录);启动快速(USB接口传输速度快),可适用于多种实时操作系统(保存在优盘中的映像文件也可以是使用其他嵌入式实时操作系统,如PSOS、Nuclues等开发生成的);对系统的Flash存储容量要求小(Flash中主要存储Bootrom程序,而系统映像文件保存在优盘中)。

       本文给出了实现嵌入式实时系统优盘启动的嵌入式主机硬件结构、软件协议栈以及主要程序流程,探讨了实现嵌入式实时系统从优盘启动的可行性。

  1 嵌入式USB主控制器的硬件结构及驱动

  嵌入式系统是软硬件紧密结合的系统。要实现从优盘启动,硬件上必须在嵌入式微处理器外围添加USBHOST主控制器;在软件上必须设计主控制器驱动程序 (HCD)、USB驱动程序、USB Client驱动程序以及应用程序。

  1.1 嵌入式USB主机硬件结构

  嵌入式USB主机硬件结构比较简单,只是在嵌入式微处理器外部加上USB主控芯片即可。在本项目中,嵌入式微处理器采用的是Motorola公司的MPC860T,USB主控制芯片采用的是SL811HS芯片。SL81lHS芯片是Cypress公司生产的、可支持全速数据传输的USB控制芯片,芯片内含USB主,主/从控制器,支持全速(full speed)/低速(low speed)数据传输,并能自动识别全速或低速设备。SL811HS所提供的接口遵从USBl.1标准。关于SL811HS更详细的使用方法请见参考文献[3]。使用SL811HS作为嵌入式USB主机控制器的系统硬件结构如图1所示。
 

  

 

  1.2 嵌入式USB主机上的软件结构

  从参考文献[4]可知,嵌入式主机要实现对其USB外设操作,必须有图2所示的3个软件结构层次:USB主控制器驱动器(HCD)、USB主驱动器(USBD)、USB没备驱动器。

  

在协议栈的最底部是USB主控制器USB HC(USBHost Controller),这是主系统中控制每一个USB设备的硬件部分。口前主要有两大类USB主控制器:一种是通用主控制器接口UHCI(Universal Host Controller Inter-face),另一种是开放主控制器接口OHCI(Open HostController Interface)。硬件厂商一般根据这两个规范设计USB主控制器。对于每一类型的主控制器都有一个与硬件独立的USB主控制器驱动器HCD(Host ControllerDriver)。WindRiver公司提供了两类驱动:usbHedUhciLib(UHCl主控制器库)和usbHcdOhciLib(OHCI主控制器库)。

  USB主驱动器USBD(USB host Driver)和HCD之间的接口允许一个或超过一个的底层主控制器,而且WindRiver公司的USBD能够同时连接多个USB HCD。这样的设计特点可以使开发者建立复杂的USB系统。USBD是在HCD之上的与硬件独立的模块。USBD管理每一个与主机相连的USBD设备,向更高层次提供了可与USBD设备通信的路径。它还负责自动处理USBD电力管理以及USBD带宽管理;而且,USBD还管理USBHub。Hub能否正确工作,是对USBD进行评价的标准之一,因此WindRiver公司的USBD设计者要使USBD透明地实现Huh的功能。这意味着USBD还能处理USBHub和设备的动态插拔。

  USB客户模块在USBD主驱动协议栈的顶端。USB类驱动(USB Class Driver)是Client模块的典型例子。USBD类驱动负责管理连接到USBD上的不同类型的设备,它们依靠USBD提供与每个设备的通信路径。USBClient模块的其他例子就是那些利用USBD与USB设备通信的应用程序。

  2 嵌入式实时系统优盘启动软件程序设计

  为实现对优盘的操作,在基于VxWorks设计的嵌入式实时系统中,需要设计的程序包括:USB主控制器驱动器、USBD主驱动器、USB块存储设备驱动程序、文件系统的安装以及应用程序通过文件系统读写优盘设备程序等,如图3所示。故要实现从优盘启动,需要在bootConfig..c文件中的usrRoot函数巾添加4个函数。

  

 

  (1)初始化USB主控制器的函数

  初始化HCD(USB Host Controler Driver)函数,即初始化SL81lHS并将其连接到指定总线上:LOCAL int fn-cAttach(pHRB_ATTACH pHrb)。

  该函数词用SL811Init()初始化SL811控制芯片。执行函数taskSpawn("tSl81lint",0,0,0x4000,(FUNCPTR)intThread,(int)pHost,0,0,0,0,0,0。0,0,O),创建intThread任务对发生的中断作出处理。

  这里的intTbaead调用OSS_SEM_TAKE(pHost->in-tPendi

  ng,interval)阻塞,与中断服务程序intHandle同步。

  调用函数processSl811hInterrupt()处理硬件中断,读取中断状态寄存器判断中断类型。

  调用UHC_INT_CONNECT(pHost,intHandler,pHost,&s)函数连接SL811主控制器芯片中断。UHC_INT_CONNECT是一个宏定义。

  

 

  函数intHandler完成对中断的处理,调用函数OSS_SEM_GIVE(pHost->imPending),释放用于中断和任务之间同步的二进制信号量

(2)初始化USBD的函数

 

  函数usbdInitialize()初始化内部USBD数据结构,并依次调用其他USB驱动栈模块的入口。

  函数usbdlnitialize()调用usbdHcdAttach(execFunc,&s1811IOCfg,pToken)把HCD连接到USBD上。这里的execFunc就是函数usbHcdSl811hExee()。

  函数usbdInitialize()调用USBEnumerate(USBD_CLIENT_HANDLE clientHandle,FILE*fout)列举所有连接到系统上的USB主控制器、Hub和USB设备。

  (3)初始化USB存储设备的函数

  函数usbBulkDevInit()完成USB盘的初始化并安装DOS文件系统。

  函数usbBulkDevlnit调用函数usbdClientRegister("BULK_CLASS",&usbdHandle)及函数usbdDynamicAt-tachRegister(usbdHandle,USB_CLASS_MASS_STORAGE,USB_SUBCLASS_SCSLCOMMAND_SET,USB_INTERFACE_PROTOCOL_BULK_ONLY,usbBulkDc-vAttachCallback),建立同USB的连接,注册回调例程。

  函数usbBulkDevlnit调用函数OSS_THREAI)_CRE-ATE(bulkClientThread,(pVOID) fout,OSS_PRIORITYINTERRUPT,"tBulkClnt",&bulkTaskId),创建一个任务,管理优盘的插入和移出。

  其中bulkCliemThread例程调用pBulkBlkDev=(BLK_DEV*)usbBulkBlkDevCreate (bulkNodeld,NULL,NULL,USB_SCSI_FLAG_READ_WRITEl0);安装USB设备。 调用pBulkDosVol=dosFsDevInit("/ud0/",pButkBlkDev,NULL);安装DOS文件系统。

  (4)从优盘加载映像文件的函数

  设计USBDLoad(),实现映像文件VxWorks从优盘设备加载。USBDLoad()函数主要包括以下语句:

  

 

修改bootConfig.c文件中的bootLoad函数,加入对从优盘启动的支持。主要加入以下语句:

  

 

  重新编译、链接生成新的bootrom.hex,烧录到板子上的Flash中,将VxWorks映像文件拷贝到优盘上,将优盘插入到嵌入式主机的USB接口上。在启动的过程中,系统会自动装载优盘的VxWorks系统映像文件,实现基于VxWorks的嵌入式实时系统优盘启动。

  3 总 结

  在基于MPC860和VxWorks设计的嵌入式实验板上可实现嵌入式实时系统从优盘的启动。当然,在实际应用中还可以将嵌入式实时系统采集到的数据保存到优盘上,这样能方便地实现嵌入式设备和PC机设备资源的共享。

关键字:技术

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0803/article_7749.html
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