2018年02月21日 | 嵌入式系统U盘实时启动技术

　　引 言

　　随着USB技术的发展，优盘在PC机系统上已得到广泛的应用，基本上取代了软盘，PC机系统可以实现从优盘启动。由于优盘性能稳定，体积小巧，访问速度快，因此它也非常适合作为嵌入式实时系统的存储设备。这为嵌入式实时系统的启动提供了一种崭新的思路，即从优盘启动。这种方法对嵌入式实时系统板上的程序存储空间要求不高，只要在Flash中存储嵌入式实时系统的Bootrom程序即可，将系统的映像文件放在优盘上，实现实时操作系统从优盘加载。

      目前基于VxWorks设计的嵌入式实时系统应用非常广泛。嵌入式实时系统的启动方式多种多样，WindRiver公司提供的参考BSP(Board support PACkage)包中就提供了几种启动方法。另外在参考文献[2]中，作者也提出了几种基于VxWorks的嵌入式系统的启动方法。这些方法可根据具体的应用需求，适当选取。笔者在开发CableModem时也都曾实现过这些方法。这些方法存在的共同问题是：虽然能更新板载程序存储器中的映像文件，但由于程序存储器一旦设计后就无法再扩展其存储空间;而在实际应用中，由于嵌入式系统功能的增强，系统映像文件的体积会不断增大，会出现超过目标板的程序存储空间的问题，从而使得新的映像文件无法烧录到目标板中。

      嵌入式实时系统从优盘启动的显著优点主要表现在：更新系统映象文件方便(替换优盘中的影像文件即可，无需重新烧录);启动快速(USB接口传输速度快)，可适用于多种实时操作系统(保存在优盘中的映像文件也可以是使用其他嵌入式实时操作系统，如PSOS、Nuclues等开发生成的);对系统的Flash存储容量要求小(Flash中主要存储Bootrom程序，而系统映像文件保存在优盘中)。

      本文给出了实现嵌入式实时系统优盘启动的嵌入式主机硬件结构、软件协议栈以及主要程序流程，探讨了实现嵌入式实时系统从优盘启动的可行性。

　　1 嵌入式USB主控制器的硬件结构及驱动

　　嵌入式系统是软硬件紧密结合的系统。要实现从优盘启动，硬件上必须在嵌入式微处理器外围添加USBHOST主控制器;在软件上必须设计主控制器驱动程序 (HCD)、USB驱动程序、USB Client驱动程序以及应用程序。

　　1.1 嵌入式USB主机硬件结构

　　嵌入式USB主机硬件结构比较简单，只是在嵌入式微处理器外部加上USB主控芯片即可。在本项目中，嵌入式微处理器采用的是Motorola公司的MPC860T，USB主控制芯片采用的是SL811HS芯片。SL81lHS芯片是Cypress公司生产的、可支持全速数据传输的USB控制芯片，芯片内含USB主，主/从控制器，支持全速(full speed)/低速(low speed)数据传输，并能自动识别全速或低速设备。SL811HS所提供的接口遵从USBl.1标准。关于SL811HS更详细的使用方法请见参考文献[3]。使用SL811HS作为嵌入式USB主机控制器的系统硬件结构如图1所示。
 

　　1.2 嵌入式USB主机上的软件结构

　　从参考文献[4]可知，嵌入式主机要实现对其USB外设操作，必须有图2所示的3个软件结构层次：USB主控制器驱动器(HCD)、USB主驱动器(USBD)、USB没备驱动器。

(2)初始化USBD的函数

　　函数usbdInitialize()初始化内部USBD数据结构，并依次调用其他USB驱动栈模块的入口。

　　函数usbdlnitialize()调用usbdHcdAttach(execFunc，&s1811IOCfg，pToken)把HCD连接到USBD上。这里的execFunc就是函数usbHcdSl811hExee()。

　　函数usbdInitialize()调用USBEnumerate(USBD_CLIENT_HANDLE clientHandle，FILE*fout)列举所有连接到系统上的USB主控制器、Hub和USB设备。

　　(3)初始化USB存储设备的函数

　　函数usbBulkDevInit()完成USB盘的初始化并安装DOS文件系统。

　　函数usbBulkDevlnit调用函数usbdClientRegister("BULK_CLASS"，&usbdHandle)及函数usbdDynamICAt-tachRegister(usbdHandle，USB_CLASS_MASS_STORAGE，USB_SUBCLASS_SCSLCOMMAND_SET，USB_INTERFACE_PROTOCOL_BULK_ONLY，usbBulkDc-vAttachCallback)，建立同USB的连接，注册回调例程。

　　函数usbBulkDevlnit调用函数OSS_THREAI)_CRE-ATE(bulkClientThread，(pVOID) fout，OSS_PRIORITYINTERRUPT，"tBulkClnt"，&bulkTaskId)，创建一个任务，管理优盘的插入和移出。

　　其中bulkCliemThread例程调用pBulkBlkDev=(BLK_DEV*)usbBulkBlkDevCreate (bulkNodELD，NULL，NULL，USB_SCSI_FLAG_READ_WRITEl0);安装USB设备。 调用pBulkDosVol=dosFsDevInit("/ud0/"，pButkBlkDev，NULL);安装DOS文件系统。

　　(4)从优盘加载映像文件的函数

　　设计USBDLoad()，实现映像文件VxWorks从优盘设备加载。USBDLoad()函数主要包括以下语句：

修改bootConfig.c文件中的bootLoad函数，加入对从优盘启动的支持。主要加入以下语句：

　　重新编译、链接生成新的bootrom.hex，烧录到板子上的Flash中，将VxWorks映像文件拷贝到优盘上，将优盘插入到嵌入式主机的USB接口上。在启动的过程中，系统会自动装载优盘的VxWorks系统映像文件，实现基于VxWorks的嵌入式实时系统优盘启动。

　　3 总 结

　　在基于MPC860和VxWorks设计的嵌入式实验板上可实现嵌入式实时系统从优盘的启动。当然，在实际应用中还可以将嵌入式实时系统采集到的数据保存到优盘上，这样能方便地实现嵌入式设备和PC机设备资源的共享。