嵌入式环境下的USB设备研究 ——基于μC/OS-Ⅱ的U盘文件系统设计

论文摘要

嵌入式系统是一个快速发展的领域。U盘作为一种便利的存储设备,广泛地应用于嵌入式系统中。目前,越来越多的嵌入式产品都具有USB接口功能,但实际指的是下位机的功能,不具备主动识别USB设备,更不能对其进行控制和读写等操作。因此,在嵌入式系统中实现对U盘的文件操作,是十分具有现实意义和应用前景的。U盘是一种常用的USB大容量存储设备。在USB的拓扑结构中居于核心地位的是USB主机,任何一次USB的数据传输都必须由主机来发起和控制。因此,要在嵌入式系统中对U盘进行文件操作,必须在嵌入式系统中建立USB主机系统和文件系统。本设计使用Philips公司的LPC2210芯片作为主CPU,ISP1161A1芯片作为主机控制器芯片,构建了USB主机系统。论文首先对嵌入式系统的发展和USB主机原理进行了综述,分析了本设计使用的嵌入式实时系统μC/OS-II,并且详细说明了μC/OS-II在ARM微处理器LPC2210上的移植过程。接着,论文分析了USB协议和Mass Storage类协议,实现了USB驱动和Mass Storage类协议,设计了嵌入式USB主机系统,完成了USB设备的枚举、配置等功能。最后,论文对FAT32文件系统进行了分析和适当的裁剪,设计了更适合嵌入式系统的文件系统,并且建立了文件系统与μC/OS-II的接口,在嵌入式USB主机上实现了对U盘的读写。按照论文中提出的方法,实现了USB主机系统和FAT32文件系统的构建,达到了预期的设计目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 嵌入式系统概述
• 1.2.1 嵌入式系统的概念及特点
• 1.2.2 嵌入式系统的发展
• 1.3 国内外研究现状及发展方向
• 1.4 课题的研究内容
• 1.5 本文章节的安排
• 第二章 USB 主机系统原理
• 2.1 USB 主机系统
• 2.1.1 USB 主机概况
• 2.1.2 USB 主机控制器
• 2.1.3 USB 驱动程序（USBD）
• 2.2 USB 协议的数据通信与传输类型
• 2.2.1 USB 包
• 2.2.2 USB 总线的四种数据传输类型
• 2.3 USB 设备
• 2.3.1 USB 设备的枚举过程
• 2.3.2 USB 设备描述符
• 2.4 本章小结
• 第三章 嵌入式实时系统μC/OS-II的分析与移植
• 3.1 μC/OS-II 的选用
• 3.2 μC/OS-II 系统的分析
• 3.2.1 任务管理
• 3.2.2 时间管理
• 3.2.3 任务之间的通讯与同步
• 3.2.4 内存管理
• 3.3 μC/OS-II 系统的移植
• 3.3.1 修改与处理器相关的文件
• 3.3.2 μC/OS-II 系统的移植
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于ARM 的系统硬件平台的设计
• 4.1 ARM 概述
• 4.2 ARM 微处理器的结构
• 4.2.1 寄存器结构
• 4.2.2 指令结构
• 4.3 LPC2210 简介
• 4.4 USB 主机芯片的选择
• 4.5 系统硬件平台的设计
• 4.5.1 主要的电路设计
• 4.5.2 系统硬件平台设计概述
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 系统设计概述
• 5.2 USB 主机系统的设计
• 5.2.1 主机系统的软件结构
• 5.2.2 USB 驱动程序的设计
• 5.2.3 Mass Storage 类协议
• 5.2.4 Mass Storage 类协议的实现
• 5.2.5 Mass Storage 驱动的设计
• 5.2.6 USB Host 的实现
• 5.3 文件系统的实现
• 5.3.1 FAT32 文件系统的结构
• 5.3.2 文件系统底层驱动设计
• 5.3.3 文件系统设计
• 5.3.4 文件系统在μC/OS-II 下使用的接口
• 5.3.5 文件系统的实现
• 5.4 系统调试与运行
• 5.4.1 系统调试
• 5.4.2 系统运行
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 项目总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文