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基于ARM的嵌入式USB主从接口设计.doc

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基于ARM的嵌入式USB主从接口设计.doc

任务书题目基于ARM的嵌入式USB主/从接口设计课题内容随着总线和接口技术的发展,在工业场合如何更加可靠、快速、便捷地进行数据传输成为该领域通信的研究重点之一。而USB技术以其高速、可靠、通用性强等一系列特点在过去的十多年时间里发展迅猛,而USBOTG技术的诞生,使得两USB设备在没有PC参与的情况下进行数据传输成为可能。本设计通过搭建以ARM9为核心控制芯片、ISP1362为USB接口芯片的硬件平台,分别实现了USB部分主机和从机功能,使之能进行USB数据的存储与交换。本设计完成以下工作首先,认真研究USB协议,深入理解USB通信的基本概念和传输方式等内容。其次,根据要求,设计出由控制、接口、数据存储与供电切换电路等硬件模块组成的系统,完成系统调试。再次,完成硬件工作所需固件,软件编写。课题任务要求一、任务1.认真收集资料,了解、掌握ARM9,USB相关知识。2.提出完成设计任务的原理及设计思路,并进行方案优化。3.具体完成系统设计、软硬件实现。4.完成毕业设计论文的撰写及外文资料的翻译、组织。5.毕业答辩。二、要求1.原理正确、方案选择合理。2.软件流程图、程序及硬件实现符合系统检测要求。3.设计说明书、流程图的绘制符合要求、规范。注1此任务书应由指导教师填写。2此任务书最迟必须在毕业设计开始前一周下达给学生。课题完成后应提交的文件(或图表、设计图纸)1.系统原理图2.软件流程图3.硬件连接图4.程序设计5.设计说明书6.外文资料及其译文主要参考文献与外文翻译文件(由指导教师选定)1王成儒,李英伟UAB20原理与工程开发M北京国防工业出版社,20042MINDSHAREUSB系统体系M北京中国电力出版社,20033薛园园USB应用开发技术大全M北京人民邮电出版社,20074MICROSOFTCORPORATIONUNIVERSALSERIALBUSSPECIFICATIONREVISION11,19985CHRISCANT著,孙义译WINDOWSWDM设备驱动程序开发指南M北京机械工业出版社,20006周立功等USB20与OTG规范及开发指南M北京北京航空航天大学出版社,20047魏智USBOTG设计J国外电子元器件,2004,1272~738马伟等嵌入式USB主机系统的研究与设计J计算机测量与控制,2003,59晃建刚等通用串行总线设备的驱动电子技术应用J,2002,1210刘洋等基于ARM系统硬盘接口的使用和文件管理J电气电子教学学报,2003,25311衣晓峰等USB外设控制器固件的设计J微型电脑应用,2003,19427~3012张宏伟LINUX系统下USB设备驱动程序的编写J计算机应用研究,2001,189141~14613阳富民等嵌入式LINUXUSBOTG设备驱动技术研究J计算机工程与科学,2006,5109~11114魏春凤基于USB接口的OTG应用技术的开发J世界电子元器件,2005,1152~5515周立功等ARM微控制器基础与实践M北京北京航空航天大学出版社,200334~8016周立功等ARM嵌入式系统软件开发实例M北京北京航空航天大学出版社,200463~8017胡晓军开发WDM型USB设备客户驱动程序J中国数据通信,2002,251~5318刘少峰,韦克平USB软件系统的开发J计算机应用研究,2002,3102~10419周振宇,谷海颖基于USB总线的实时数据采集系统设计J电子技术应用2002,212~1420王洪,顾本斗USB设备的开发计算机工程与设计J,2002,361~6421JOHNKOONANDRENEWILLIANSUSBOTGAPPLICATIONINCONSUMERELECTRONICSRUSBOTGTECHNOLOGYANDMARKETREPORT,200522JOHNKOONANDRENEWILLIANSUSBOTGAPPLICATIONINCONSUMERELECTRONICSRUSBOTGTECHNOLOGYANDMARKETREPORT,200523USB论坛HTP//WWWUSBORG/24国家半导体公司HTTP//WWWNARIONALCOM/25驱动开发网HTP//WWWDRIVERDEVELOPCOM/同组设计者无基于ARM的嵌入式USB主/从接口设计摘要USB具有易用、真正的热插拔、高性能和系统造价低廉等优点,也正是由于这些优点,使它从书面的协议变成产品只用了不到两年时间。简单说来,USB系统包括USB主机和USB设备。USB外设的开发和基于PC机的USB主机技术已经相当成熟。相对于PC机上的丰富资源,嵌入式系统中有限的资源给基于嵌入式系统的USB主机系统开发带来了很大难度。嵌入式USB系统的研究和开发将更进一步拓宽USB接口技术的应用领域。如何将USB应用到嵌入式领域,实现USB的点对点通讯,成为目前USB研究领域的热点。本系统选择了三星公司生产的AMR9芯片S3C2410作为CPU,使用飞利浦公司的USB接口芯片ISP1362,共同构成了USB主/从控制系统。OTG做为USB20的补充协议,旨在使USB接口兼具USB主机和从机的功能,实现两个不同的外设间点对点的通信,从而一定程度上摆脱USB接口通信离不开PC机的束缚。在ARM和ISP1362构建的硬件平台基础上,研究了USBOTG协议、SCSI协议、MASSSTORAGECLASS协议和FAT文件系统协议,并根据USB相关协议规划主机端和设备端驱动程序结构,完成主机软件系统设计,ISP1362的设备配置,设备端固件设计和PC端的驱动程序设计与开发,实现了基于ARM9的嵌入式USB主/从接口设计。关键词ARM9;ISP1362;USBOTGARMBASEDEMBEDDEDUSBHOST/SLAVEINTERFACEDESIGNABSTRACTUSBWHICHISWITHTHEEASEOFUSE,THEREALHOTSWAPPABLE,HIGHPERFORMANCEANDLOWCOSTADVANTAGESOFTHESYSTEM,ITISPRECISELYBECAUSEOFTHESEADVANTAGESMAKEITINTOPRODUCTSFROMTHEAGREEMENTINWRITINGINLESSTHANTWOYEARSTHEUSBSYSTEMUSUALLYINVOLVESTWOASPECTSUSBHOSTCONTROLLERANDUSBSLAVECONTROLLERTODAY,THEUSBSLAVESYSTEMHASBEENEXTENSIVELYADOPTEDANDTHEUSBHOSTCONTROLAPPLICATIONSINPCSAREWIDESPREADASTHEEXPANDINGOFUSBAPPLICATIONAREA,ITISMOREANDMORENECESSARYTOADDMOBILESTORAGEFUNCTIONTOEMBEDDEDSYSTEMBUT,THELIMITRESOURCESHAVEGREATLYRESTRICTEDTHEDEVELOPMENTOFUSBHOSTTECHNOLOGYINEMBEDDEDSYSTEMS,ESPECIALLYTHEONEWHICHHASNOTANOPERATINGSYSTEMNOW,THEAPPLICATIONANDREALIZATIONOFTHEUSBTECHNOLOGYTOEMBEDDEDSYSTEMSISONEOFTHEFOCUSESINTHEUSBFIELDINTHISUSBHOST/SLAVECONTROLSYSTEM,WECHOSESAMSUNGSS3C2410ASTHECENTRALCPUANDPHILLIPSSISP1362ASTHEUSBHOSTCONTROLLERANDDEVICEINTERFACEOTGASASUPPLEMENTARYPROTOCOLOFUSB20,AIMEDATIMPLEMENTINGBOTHUSBHOSTANDUSBDEVICEFUNCTIONTHEREBYAPPLICATIONOFUSBBREAKSAWAYFROMTHESHACKLESOFTHECOMPUTERTOSOMEEXTENTBASEDONTHEHARDWAREPLATFORMOFTHEARMANDTHEISP1362,IRESEARCHPROTOCOLSSUCHASUSBOTG,THESCSIPROTOCOL,MASSSTORAGECLASSANDFATFILESYSTEMPROTOCOLSTHESOFTWAREOFUSBHOSTANDDEVICEHASBEENDESIGNEDANDWRITTENINACCORDANCEWITHRELEVANTPROTOCOLSWECOMPLETEUSBHOSTSSOFTWARESYSTEM,ISP1362DEVICECONFIGURATION,FIRMWAREDESIGNANDPCDRIVERDESIGNANDDEVELOPMENTTOACHIEVETHATBASEDONARM9EMBEDDEDUSBHOST/SLAVEINTERFACEDESIGNKEYWORDSARM9;ISP1362;USBOTG目录第1章绪论111课题研究背景1111嵌入式系统介绍1112ARM简介1113USB起源及发展过程2114USB的特点212论文章节安排4第2章USB技术概述621USB基本规范的发展过程622USB的机械和电器特性723USB结构介绍8231总线的物理拓扑结构8232USB的硬件和软件元素824USB数据通信协议11241域12242最基本数据单元包14243数据传输类型16244USB设备枚举17第3章系统方案及硬件结构设计1831USB主/从接口设计1832ARM微处理器1833USB接口芯片20331ISP1362芯片介绍20332ISP1362内部功能结构2134系统硬件电路设计22341ISP1362操作模式22342硬件电路设计原理14343OTG接口的结构24344系统中主机和从机的确定17第4章USB主机系统设计2741USB主机系统结构27411主机控制器及功能27412USB主机端驱动程序结构设计2742ISP1362主机端硬件初始化设计2843类协议的实现29431USB设备类概述29432MASSSTORAGECLASS协议及实现3044FAT文件操作的实现32441FAT文件系统原理32442目录操作36443文件操作3645系统软件流程38第5章USB从机系统设计3951USB设备配置3952ISP1362设备控制器的数据传送4153USB设备端固件设计42531USB外部CPUARM控制程序设计42532设备驱动基本程序设计4254PC端驱动程序设计49541WINDOWS下设备驱动程序设计基本概念49542WIN32驱动程序模型49543驱动程序基本例程设计及说明5155USB设备驱动程序开发50第6章总结53参考文献54致谢56附录57基于ARM的嵌入式USB主/从接口设计第1页共57页第1章绪论11课题研究背景111嵌入式系统介绍根据IEEE国际电机工程师协会的定义,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”DEVICESUSEDTOCONTROL,MONITOR,ORASSISTTHEOPERATIONOFEQUIPMENT,MACHINERYORPLANTS。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统目前己经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通讯等各个领域。而在工业控制方面,基于嵌入式芯片的工业自动化设备也有了很大的发展,目前己经有大量的8、12、36位嵌入式微控制器应用在工业过程控制、数控机床、电力系统、电网安全、电网设备监控、石油化工系统等领域,随着技术的发展,32、64位的微处理器将逐渐成为工业控制设备的核心,在未来几年内必将获得更大的发展。嵌入式系统大至可以分为四类1嵌入式微处理器EMBEDDEDMICROPROCESSORUNIT,EMPU2微控制器MICROCONTROLLERUNIT,MCU3DSP处理器DIGITALSIGNALPROCESSOR,DSP4片上系统SYSTEMONCHIP,SOC112ARM简介ARM即ADVANCEDRISCMACHINES的缩写,既可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。1985年4月26日,第一个ARM原型在英国剑桥的ACORN计算机有限公司诞生,由美国加州SANJOSEVLSI技术公司制造。20世纪80年代后期,ARM很快开发成ACORN的台式机产品,形成英国的计算机教育基础。1990年成立了ADVANCEDRISCMACHINESLIMITED后来简称为ARMLIMITED,ARM公司。20世纪90年代,ARM32位嵌入式RISCREDUCEDLNSTRUCTIONSET

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