嵌入式系統U盤實時啟動技術

??????? 引言

　　隨著USB技術的發展，優盤在PC機系統上已得到廣泛的應用，基本上取代了軟盤，PC機系統可以實現從優盤啟動。由于優盤性能穩定，體積小巧，訪問速度快，因此它也非常適合作為嵌入式實時系統的存儲設備。這為嵌入式實時系統的啟動提供了一種嶄新的思路，即從優盤啟動。這種方法對嵌入式實時系統板上的程序存儲空間要求不高，只要在Flash中存儲嵌入式實時系統的Bootrom程序即可，將系統的映像文件放在優盤上，實現實時操作系統從優盤加載。

?????? 目前基于VxWorks設計的嵌入式實時系統應用非常廣泛。嵌入式實時系統的啟動方式多種多樣，WindRiver公司提供的參考BSP(Board support Package)包中就提供了幾種啟動方法。另外在參考文獻[2]中，作者也提出了幾種基于VxWorks的嵌入式系統的啟動方法。這些方法可根據具體的應用需求，適當選取。筆者在開發CableModem時也都曾實現過這些方法。這些方法存在的共同問題是：雖然能更新板載程序存儲器中的映像文件，但由于程序存儲器一旦設計后就無法再擴展其存儲空間;而在實際應用中，由于嵌入式系統功能的增強，系統映像文件的體積會不斷增大，會出現超過目標板的程序存儲空間的問題，從而使得新的映像文件無法燒錄到目標板中。

???????嵌入式實時系統從優盤啟動的顯著優點主要表現在：更新系統映象文件方便(替換優盤中的影像文件即可，無需重新燒錄);啟動快速(USB接口傳輸速度快)，可適用于多種實時操作系統(保存在優盤中的映像文件也可以是使用其他嵌入式實時操作系統，如PSOS、Nuclues等開發生成的);對系統的Flash存儲容量要求小(Flash中主要存儲Bootrom程序，而系統映像文件保存在優盤中)。

???????本文給出了實現嵌入式實時系統優盤啟動的嵌入式主機硬件結構、軟件協議棧以及主要程序流程，探討了實現嵌入式實時系統從優盤啟動的可行性。

　　1 嵌入式USB主控制器的硬件結構及驅動

　　嵌入式系統是軟硬件緊密結合的系統。要實現從優盤啟動，硬件上必須在嵌入式微處理器外圍添加USBHOST主控制器;在軟件上必須設計主控制器驅動程序 (HCD)、USB驅動程序、USB Client驅動程序以及應用程序。

　　1.1 嵌入式USB主機硬件結構

　　嵌入式USB主機硬件結構比較簡單，只是在嵌入式微處理器外部加上USB主控芯片即可。在本項目中，嵌入式微處理器采用的是Motorola公司的MPC860T，USB主控制芯片采用的是SL811HS芯片。SL81lHS芯片是Cypress公司生產的、可支持全速數據傳輸的USB控制芯片，芯片內含USB主，主/從控制器，支持全速(full speed)/低速(low speed)數據傳輸，并能自動識別全速或低速設備。SL811HS所提供的接口遵從USBl.1標準。關于SL811HS更詳細的使用方法請見參考文獻[3]。使用SL811HS作為嵌入式USB主機控制器的系統硬件結構如圖1所示。

　　1.2 嵌入式USB主機上的軟件結構

　　從參考文獻[4]可知，嵌入式主機要實現對其USB外設操作，必須有圖2所示的3個軟件結構層次：USB主控制器驅動器(HCD)、USB主驅動器(USBD)、USB沒備驅動器。

在協議棧的最底部是USB主控制器USB HC(USBHost Controller)，這是主系統中控制每一個USB設備的硬件部分。口前主要有兩大類USB主控制器：一種是通用主控制器接口UHCI(Universal Host Controller Inter-face)，另一種是開放主控制器接口OHCI(Open HostController Interface)。硬件廠商一般根據這兩個規范設計USB主控制器。對于每一類型的主控制器都有一個與硬件獨立的USB主控制器驅動器HCD(Host ControllerDriver)。WindRiver公司提供了兩類驅動：usbHedUhciLib(UHCl主控制器庫)和usbHcdOhciLib(OHCI主控制器庫)。

　　USB主驅動器USBD(USB host Driver)和HCD之間的接口允許一個或超過一個的底層主控制器，而且WindRiver公司的USBD能夠同時連接多個USB HCD。這樣的設計特點可以使開發者建立復雜的USB系統。USBD是在HCD之上的與硬件獨立的模塊。USBD管理每一個與主機相連的USBD設備，向更高層次提供了可與USBD設備通信的路徑。它還負責自動處理USBD電力管理以及USBD帶寬管理;而且，USBD還管理USBHub。Hub能否正確工作，是對USBD進行評價的標準之一，因此WindRiver公司的USBD設計者要使USBD透明地實現Huh的功能。這意味著USBD還能處理USBHub和設備的動態插拔。

　　USB客戶模塊在USBD主驅動協議棧的頂端。USB類驅動(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USBD類驅動負責管理連接到USBD上的不同類型的設備，它們依靠USBD提供與每個設備的通信路徑。USBClient模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設備通信的應用程序。

　　2 嵌入式實時系統優盤啟動軟件程序設計

　　為實現對優盤的操作，在基于VxWorks設計的嵌入式實時系統中，需要設計的程序包括：USB主控制器驅動器、USBD主驅動器、USB塊存儲設備驅動程序、文件系統的安裝以及應用程序通過文件系統讀寫優盤設備程序等，如圖3所示。故要實現從優盤啟動，需要在bootConfig..c文件中的usrRoot函數巾添加4個函數。