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如何以低成本将Linux 内核移植到嵌入式处理系统

归档日期:07-21       文本归类:嵌入式控制器      文章编辑:爱尚语录

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  1 高速USB硬件接口设计目前的嵌入式系统设计中,USB接口的外扩主要采用微处理器芯片自带的USB控制器,一般只支持低速和全速协议,无法实现高速数据传输。该设计采用AT91RM9200处理器外扩ISP1761 USB控制器方案,解决了嵌入式系统下USB设备的传输速度问题。 AT91RM9200是Atmel公司一款基于ARM920T内核的微型处理器。它有丰富的系统与应用外设及标准接口,时钟频率可达180 MHz,并且具有低功耗、低成本、高性能,在嵌入式系统中应用广泛。ISP1761是Philips公司开发的一款高速USB On The Go(OTG)控制器,芯片内集成了64 KB的高速缓冲,单次处理数据达32 KB,极大地提升了系统的处理性能,并且功耗很低,其内部集成了Slave主机控制器和外设控制器。此外,ISP761还有可配置的32 b/16 b异步CPU接口,该设计ISP1761外部数据总线 b模式。 处理器AT91RM9200与外扩USB控制器的连接如图1所示。其中,A[17∶1]为地址线]为数据线;WR_N为读使能;RD_N为写使能;CS_N片选信号采用NCS2;AT9lRM9200的中断源1分配给ISP1761作为其中断信号。处理器和ISP1761之间的数据传输通过中断方式实现,当USB接口有中断产生时,处理器的中断服务程序通过读取ISP1761的中断寄存器判断中断来源,从而执行相应的读/写操作。 2 高速USB软件驱动实现2.1 Linux系统中USB驱动结构USB内核模块是Linux系统中USB子系统的核心模块,它为USB驱动(设备和主控制器)提供了一个统一的接口,以访问和控制USB硬件。 如图2所示,应用程序发出的USB请求块(URB)经过上层的USB设备驱动和USB内核后到达USB主控制器。处于最底层USB主控制器的驱动(HCD)是USB主机直接与硬件交互的软件模块,它将解析URB后,再将数据发送到指定的USB设备上。 图3为ISP1761与操作系统相连接的接口框图。图5中,ISP1761要完成操作系统与USB设备的通信。驱动部分主要分两个层次:ISP1761硬件抽象层(HAL)和主控制器驱动(HCD)层。前者,通过GPIO接口和操作系统平台的相关函数来完成访问ISP1761硬件的功能;后者,主要实现将数据传输给连接的USB设备,并管理根集中器端口的功能。 因此,该设计的软件驱动部分主要由以下两个层次来完成USB主机端的驱动功能。 (1)ISP1761的HAL层。云顶赌场首先初始化设备结构,并添加设备到系统的设备层。其中,初始化部分主要完成ISP1761资源(如内存、中断等)的初始化设置和AT91RM9200处理器的初始化设置,为后期注册驱动程序做准备。如果系统成功添加了设备,在加载和卸载ISP1761主控制器驱动程序到内核时,就会进一步执行平台驱动程序的注册,否则将不能注册驱动程序。一旦注册成功,驱动程序就已经和设备绑定,任何用户态程序要操作此设备都可以通过platform_driver结构所定义的函数进行。下面给出该系统注册的platform_driver结构: 其中,在设备探测和注销等函数中调用了如下一个重要的结构体isp1761_dev。该结构体主要包含了ISP1761设备驱动的基本信息和中断处理例程指针。 (2)ISP1761的HCD层。Philips公司的ISP1761主控制器芯片遵循EHCI标准。该层在加载和卸载ISP1761主控制器驱动到内核时被调用,主要负责与连接的USB设备进行数据传输,并管理根集中器端口。具体包括主控制器例程、内存管理、根集中器和中心集中器的管理、数据传输等。 其中,pehci_hcd_urb_enqueue()函数是该部分所要实现的重点函数,主要用于完成将来自USB core层的urb传输请求转换成EHCI可识别的传输描述结构。然后安排到EHCI的periodic schedule list或者asynchronous schedule list的合适位置。当HC完成urb对应的传输后,EHCI HCD通过urb→cornplete()通知USB core对应的传输结果,最终完成通信过程。该函数的原型如下: 3 USB驱动的调试使用USB驱动的正常使用必须在内核中正确选择配置,除了默认配置之外,还要添加诸如SCSI设备的支持,VFAT文件格式的支持,新添加ISP1761驱动的支持等。ISP1761的驱动采用模块方式编译,系统启动后,逐层插入驱动模块加载USB主控制器驱动程序到内核。此时,系统插入U盘可成功获得分区,如下所示: 执行挂载命令mount-t vfat/dev/scsi/host0/busO/target0/lun0/partl/mnt/ usb(前提是已经在/mnt目录下建立了USB目录,并且U盘的格式为win-dows下的vfat)便可成功挂载U盘到指定的目录/mnt/usb下。 拷贝U盘上的文件到嵌入式系统,经多次测试,速度可达到约100~125 Mb/s,相比传统的嵌入式Linux系统下对USB的支持,速度得到了很好的提高,基本满足高速读/写的要求。 结语随着USB接口在嵌入式领域越来越广泛的应用和嵌入式Linux内核的不断扩展,嵌入式Linux内核支持的USB设备和USB主控制器越来越丰富,相应的驱动开发工作也将日益突出。该设计给出了嵌入式Linux系统下高速USB主控制器的硬件设计方案和驱动的实现方法,在提高系统性能的同时,降低了成本,有很好的实际应用价值。同时驱动的模块化结构设计保持了其最大可移植性,对于嵌入式下USB主控制器的驱动开发具有很好的借鉴意义。

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