USB主机控制器驱动在8051内核SOC中的实现

论文摘要

在现今的嵌入式系统中,USB得到了广泛应用。然而,具有USB传输功能的嵌入式系统通常扮演的是USB设备的角色,如便携MP3播放器、U盘、摄像头、USB鼠标、键盘等。一些较复杂的嵌入式系统虽然支持USB主机的功能,但是它们都需要功能强大的操作系统平台的支持,这又势必增加整个系统的软硬件成本。如今的电子行业对成本因素越来越敏感,于是SOC芯片应运而生。它可以被简单理解为将具有一定功能的印刷电路板和其上的电子元件集成到芯片中,只用一颗SOC芯片就能实现一块系统电路板的功能。然而,如何使SOC芯片即满足市场需求,又价格低廉,是近年电子工程领域的重要课题。本论文的研究课题为:在一颗对成本因素敏感的音频SOC芯片中实现USB主机控制器驱动的数据传输功能。该SOC芯片的核心功能是从USB移动存储设备读取MP3音频文件数据,对其解码并播放。该芯片瞄准的是消费类电子产品市场,在家用音频设备和车载音响方面具有成本低廉的竞争优势。为达到研发目标,本课题针对SOC芯片需要读写USB存储设备的功能要求,完成了USB主机端软件,实现了OHCI型USB主机控制器在8051内核SOC芯片中的驱动程序。在实现过程中参考了Liunx操作系统对于USB主机端软件的设计思路,并根据8051内核软件资源有限的特性,用简化的方式实现USB主机访问USB存储设备的功能,缩减RAM和ROM的用量,降低运行时的系统开销。从而使SOC芯片具有良好的性价比优势。目前,该音频SOC芯片已经完成设计并成功批量生产,大量应用于家用音响和汽车音响设备,销售量逾百万颗。本课题所实现的USB主机控制器驱动程序,作为SOC芯片的重要组成部分,已经过多种设计方案测试,并得到不断完善。客户在实际使用过程中遇到的USB存储设备不兼容的问题也得到圆满解决,可以支持市面上绝大部分的USB存储设备,包括U盘、移动硬盘、读卡器等,具有广阔的市场前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.1.1 SOC 芯片应用现状与研发趋势
• 1.1.2 USB 应用现状与特点
• 1.1.2.1 传输速率高
• 1.1.2.2 高可靠性
• 1.1.2.3 便于功能扩展
• 1.1.2.4 即插即用
• 1.1.3 消费类电子音频产品的现状与发展趋势
• 1.1.4 论文课题的研究意义
• 1.1.4.1 优化电子产品的成本构成
• 1.1.4.2 提高电子产品的功能价值
• 1.1.4.3 实现SOC 芯片的实用新型创新
• 1.2 论文涉及的USB 理论概念
• 1.2.1 USB 协议
• 1.2.2 USB 帧
• 1.2.3 总线拓扑
• 1.2.4 USB 数据传输
• 1.2.5 USB 设备
• 1.2.6 设备端硬件
• 1.2.7 设备端点和管道
• 1.2.8 设备功能层次
• 1.2.9 USB 主机
• 1.2.10 主机端硬件
• 1.2.11 主机端软件
• 1.3 本章小结
• 第二章 实现方案
• 2.1 实现方案概述
• 2.2 硬件平台确定
• 2.3 驱动软件实现方案
• 2.3.1 驱动软件方案的基础——OHCI 主机
• 2.3.1.1 OHCI 接口架构
• 2.3.1.2 OHCI 数据结构
• 2.3.1.3 OHCI 控制器
• 2.3.1.4 OHCI 驱动程序
• 2.3.2 驱动软件方案的借鉴——Linux 中的USB 主机软件
• 2.3.2.1 HCD 层
• 2.3.2.2 USBD 层
• 2.3.2.3 客户端驱动层
• 2.3.3 驱动软件设计方案确定
• 2.4 课题SOC 芯片的调试方案
• 2.4.1 调试平台
• 2.4.2 USB 协议分析仪的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 论文软件的设计与实现
• 3.1 HCD 层软件设计
• 3.1.1 HCD 数据结构
• 3.1.2 HCD 初始化模块
• 3.1.3 根集线器模块
• 3.1.4 数据传输模块
• 3.1.5 USBD 接口模块
• 3.2 USBD 层软件设计
• 3.2.1 USBD 数据结构
• 3.2.2 控制传输接口
• 3.2.3 批量传输接口
• 3.2.4 USB 设备枚举
• 3.3 MassStorage 层软件设计
• 3.3.1 MassStorage 协议
• 3.3.2 存储设备读写接口
• 3.4 传输性能检测
• 3.5 USB 设备兼容性调试
• 3.6 本章小结
• 第四章 课题总结
• 4.1 主要结论
• 4.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文