昆明理工大學(xué) 理學(xué)院 童耀南，吳光敏，孟 宇

    技術(shù)發(fā)展到今天的信息時(shí)代，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸在嵌入式系統(tǒng)有了越來(lái)越重要的地位。而usb是目前設(shè)計(jì)成熟、應(yīng)用廣泛且使用極為簡(jiǎn)捷的技術(shù)，usb傳輸是一種高效方便的數(shù)據(jù)傳輸方式�；谏鲜鲈颍疚闹攸c(diǎn)論述基于usb的海量存儲(chǔ)(usb mass storage)設(shè)備功能在arm嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計(jì)和應(yīng)用。使用該設(shè)備功能，上位機(jī)可以像讀寫(xiě)普通u盤(pán)一樣對(duì)于系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)在flash中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。

    1 硬件方案

    l.1 器件簡(jiǎn)介

    s3c44b0x[1]是samsung公司出品的基于arm7tdmi內(nèi)核的risc型微處理器，8 kb指令和數(shù)據(jù)共享的緩存，主頻可達(dá)66 mhz，可以運(yùn)行16位的thumb指令和32位的arm指令，且接口豐富，具有通用性。

    k9f2808u0c[2]是samsung公司生產(chǎn)的一款nand型閃存芯片，容量為16 mb，讀寫(xiě)速度快，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)，可擦寫(xiě)10萬(wàn)次，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

    pdiusbdl2[3]是philips公司生產(chǎn)的帶有并行總線和局部dma傳輸能力的全速u(mài)sb接口芯片，符合usb1.1版規(guī)范，可以與任何外部mcu／mpu實(shí)現(xiàn)并行接口，傳輸速度可達(dá)2 mb／s。該usb芯片有1個(gè)控制端點(diǎn)和2個(gè)普通端點(diǎn)。

    1.2 硬件連接圖

    硬件連接如圖1所示。在該系統(tǒng)中，flash芯片k9f2808u0c負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；處理器s3c44b0x執(zhí)行底層固件代碼；usb接口芯片pdius-bdl2負(fù)責(zé)設(shè)備與上位機(jī)的通訊。這樣系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)在閃存芯片中的數(shù)據(jù)便可以通過(guò)usb接口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

    2 軟件實(shí)現(xiàn)

    要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與上位機(jī)的usb通訊，首先要正確設(shè)計(jì)pdiusbd12的底層固件程序。而要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的海量存儲(chǔ)設(shè)備功能，還要有flash的讀寫(xiě)操作代碼和實(shí)現(xiàn)海量存儲(chǔ)設(shè)備類(lèi)規(guī)范的代碼。下面從這3個(gè)方面來(lái)分析。軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為arm公司的ads1.2，usb監(jiān)控和測(cè)試軟件為bus hound。

    2.1 pdiusbd12固件編程

    pdiusbdl2固件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流向如圖2所示。結(jié)構(gòu)圖中的硬件提取層是固件中的最底層代碼，負(fù)責(zé)對(duì)處理器與pdiusbdl2相連接的i／o口進(jìn)行操作，以通知pdi-usbd12接下來(lái)處理器將對(duì)其進(jìn)行命令操作或是數(shù)據(jù)操作。而命令接口層是基于硬件提取層的一套對(duì)pdius-bdl2進(jìn)行操作的子程序，可以方便上層程序的編寫(xiě)。

    當(dāng)pdiusbd12向處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，處理器讀取中斷寄存器，根據(jù)中斷源調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)處理程序，中斷服務(wù)處理程序設(shè)置相應(yīng)的事件標(biāo)志，如果有數(shù)據(jù)傳輸并作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。根據(jù)usb協(xié)議[4]，控制端點(diǎn)0用來(lái)負(fù)責(zé)設(shè)備的枚舉，如獲取設(shè)備各種描述符、設(shè)置地址、獲取海量存儲(chǔ)設(shè)備的邏輯單元數(shù)目和復(fù)位設(shè)備等操作。這些操作是通過(guò)中斷和主循環(huán)共同完成的。這里端點(diǎn)1未用到，可以忽略其中斷。端點(diǎn)2是主端點(diǎn)，用作bulk-only傳輸。在端點(diǎn)2的中斷處理程序中實(shí)現(xiàn)bulk-only傳輸及命令解析和執(zhí)行。

    其中，中斷服務(wù)處理程序與主循環(huán)通過(guò)一個(gè)名為controldata的結(jié)構(gòu)體變量進(jìn)行通訊。主循環(huán)初始化i／o口、事件標(biāo)志busbflags、建立包數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、定時(shí)器和中斷，重新連接usb總線后進(jìn)入一個(gè)無(wú)限循環(huán)，當(dāng)該循環(huán)輪詢(xún)到某事件標(biāo)志被置位時(shí)便進(jìn)行相應(yīng)的處理。特別是在設(shè)備枚舉中當(dāng)建立標(biāo)志被置位時(shí)，根據(jù)設(shè)備請(qǐng)求的類(lèi)型域controldata，devicerequest，bmrequesttype來(lái)確定是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請(qǐng)求、廠商設(shè)備請(qǐng)求還是類(lèi)型設(shè)備請(qǐng)求，再根據(jù)請(qǐng)求類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)用。

    2.2 k9f2808u0c讀寫(xiě)操作

    k9f2808u0c共有1 024塊，每塊32頁(yè)，每頁(yè)528 b，其中512 b用于存放數(shù)據(jù)，另外16 b用于存放信息，如塊的好壞標(biāo)記、塊邏輯地址和ecc校驗(yàn)和等。flash讀寫(xiě)有其自身的特點(diǎn)，讀寫(xiě)都以頁(yè)為單位，可以隨機(jī)讀，但無(wú)法隨機(jī)寫(xiě)，寫(xiě)操作前必須把寫(xiě)單元所在的塊擦除。因此，對(duì)于該閃存的讀操作可以采取直接讀取來(lái)處理；而對(duì)于寫(xiě)操作，則通過(guò)設(shè)