USB海量存儲類設備功能在ARM系統(tǒng)中的應用,FLASH,海.

1、USB 海量存儲類設備功能在 ARM 系統(tǒng)中的應用，F(xiàn)LASH 海量存儲類設備，Bulk-Only 傳輸技術發(fā)展到今天的信息時代， 數據的存儲和傳輸在嵌入式系統(tǒng)有了越來越重要 的地位。而 USB 是目前設計成熟、應用廣泛且使用極為簡捷的技術，USB 專輸是一種高效方便的數據傳輸方式。基于上述原因，本文重點論述基于USB 的海量存儲(USBMassStorage)設備功能在 ARM 嵌入式系統(tǒng)中設計和應用。使用該設 備功能，上位機可以像讀寫普通 U 盤一樣對于系統(tǒng)采集并存儲在 FLASH 中的數 據進行讀寫。1 硬件方案 1.1 器件簡介 S3C44B0X1 是 SAMSUN 公司出品的基于技術

2、發(fā)展到今天的信息時代， 數據的存儲和傳輸在嵌入式系統(tǒng)有了越來越重要 的地位。而 USB 是目前設計成熟、應用廣泛且使用極為簡捷的技術，USB 傳輸是一種高效方便的數據傳輸方式?；谏鲜鲈?，本文重點論述基于USB 勺海量存儲 (USBMass Storage)設備功能在 ARM 嵌入式系統(tǒng)中設計和應用。使用該設備 功能，上位機可以像讀寫普通 U 盤一樣對于系統(tǒng)采集并存儲在 FLASH 中的數據 進行讀寫。1 硬件方案1.1 器件簡介S3C44B0X是SAMSUN公司出品的基于 ARM7TDM內核的RISC型微處理器， 8 kB 指令和數據共享的緩存，主頻可達 66MHz 可以運行 16 位的

3、Thumb 指令和 32 位的 ARMtt 令，且接口豐富， 具有通用性。K9F2808U0C 是 SAMSUN 公司生產的一款 Nand 型閃存芯片，容量為 16 MB,讀 寫速度快，數據保存時間長，可擦寫 10 萬次，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應 用，主要是負責數據存儲。PDIUSBDI 藝是 PHILIPS 公司生產的帶有并行總線和局部 DMA 專輸能力的全速 USB接口芯片，符合 USB1.1 版規(guī)范，可以與任何外部 MC/MPU 實現(xiàn)并行接 口，傳輸速度可達 2MB/s。該 USB 芯片有 1 個控制端點和 2 個普通端點。1.2 硬件連接圖硬件連接如圖 1 所示。在該系統(tǒng)中，F(xiàn)LAS

4、H 芯片 K9F2808U0（負責嵌入式系統(tǒng)中 的數據存儲；處理器 S3C44B0）執(zhí)行底層固件代碼；USE 接口芯片 PDIUS-BDI2 負責設備與上位機的通訊。 這樣系統(tǒng)采集并存儲在閃存芯片中的數據便可以通 過 USB 接口傳輸到上位機。2 軟件實現(xiàn) 要實現(xiàn)實驗系統(tǒng)與上位機的 USB 通訊，首先要正確設計 PDIUSBD12 勺底層固件 程序。而要實現(xiàn)系統(tǒng)的海量存儲設備功能，還要有 FLASH 的讀寫操作代碼和實 現(xiàn)海量存儲設備類規(guī)范的代碼。下面從這 3 個方面來分析。軟件開發(fā)環(huán)境為ARM 公司的 ADS1.2, USB 監(jiān)控和測試軟件為 BUSlound 2.1 PDIUSBD12 固

5、件編程PDIUSBDI2 固件結構和數據流向如圖 2 所示。 結構圖中的硬件提取層是固件中 的最底層代碼， 負責對處理器與 PDIUSBDI2 相連接的 I /O 口進行操作， 以通知 PDI-USBD12接下來處理器將對其進行命令操作或是數據操作。而命令接口層是 基于硬件提取層的一套對 PDIUS-BDI2 進行操作的子程序，可以方便上層程序的 編寫。當 PDIUSBD1 向處理器發(fā)出中斷請求時，處理器讀取中斷寄存器，根據中斷源 調用相應的中斷服務處理程序，中斷服務處理程序設置相應的事件標志，如果 有數據傳輸并作相應的數據處理。根據USB 協(xié)議4，控制端點 0 用來負責設備的枚舉，如獲取設備

6、各種描述符、設置地址、獲取海量存儲設備的邏輯單元數 目和復位設備等操作。這些操作是通過中斷和主循環(huán)共同完成的。這里端點 1 未用到，可以忽略其中斷。端點 2 是主端點，用作 BuIk-OnIy 傳輸。在端點 2 的中斷處理程序中實現(xiàn) BuIk-OnIy 傳輸及命令解析和執(zhí)行。其中，中斷服務處理程序與主循環(huán)通過一個名為 ControIData 的結構體變量進 行通訊。主循環(huán)初始化 I /O 口、事件標志 bUSBFIags 建立包數據緩沖區(qū)、定 時器和中斷，重新連接 USB 總線后進入一個無限循環(huán)， 當該循環(huán)輪詢到某事件 標志被置位時便進行相應的處理。特別是在設備枚舉中當建立標志被置位時， 根據

7、設備請求的類型域ControIData ，DeviceRequest，bmRequestType 來確定 是標準設備請求、廠商設備請求還是類型設備請求，再根據請求類型進行相應 的調用。2.2 K9F2808U0C 讀寫操作K9F2808U0（共有 1 024 塊，每塊 32 頁，每頁 528 B，其中 512B 用于存放數 據，另外 16 B 用于存放信息，如塊的好壞標記、塊邏輯地址和ECC 校驗和等。FLASH 賣寫有其自身的特點，讀寫都以頁為單位，可以隨機讀，但無法隨機 寫，寫操作前必須把寫單元所在的塊擦除。因此，對于該閃存的讀操作可以采取直接讀取來處理；而對于寫操作，則通過設置塊緩沖來解

8、決，以減輕系統(tǒng)的任務和對 FLASH!勺擦除次數。寫操作的基 本思想是：設置一個塊緩沖區(qū)，待寫數據先寫入緩沖區(qū)對應的頁地址，當緩沖 區(qū)中待寫數據的頁地址到達 31 或者頁地址未滿 31 但傳輸已經結束時，先將目 標塊中待寫頁以外的有關數據保存到緩沖區(qū)對應的頁地址，然后擦除整塊，最 后將緩沖區(qū)的數據拷貝到該塊。寫操作流程如圖 3 所示。2.3 海量存儲規(guī)范實現(xiàn) 海量存儲設備必須符合海量存儲設備類規(guī)范，該規(guī)范包括 4 個獨立的子類規(guī) 范，本設計中用到其中的 2 個子類規(guī)范：一是 USB MassStorage Class Bulk-Only Transport規(guī)范5；二是 USB MassStor

9、age ClassUFI Comma n 規(guī)范。前者定義了數據/命令/狀態(tài)在 USB 總線上的傳 輸方法， Bulk-Only 傳輸規(guī)范僅僅使用 Bulk 端點傳送數據命令狀態(tài)。后者 定義了對存儲介質的操作命令， UFI 命令規(guī)范基于 SCSI-2 和 SFF-8070i 命令 集。這里根據SCSI-2 規(guī)范6針對該類設備的操作命令規(guī)范，總共編寫了9 個命令執(zhí)行函數，見下文。海量存儲規(guī)范的實現(xiàn)有 2 個地方要注意：一是設備描述符、配置描述符、接口 描述符和端點描述符要正確設置，主機是通過控制端點 （端點 0） 獲取這一些描 述符的；二是 BULK 端點（端點 2）的中斷處理，其中的 BULKOUT 中斷處理較 BULK IN 復雜，由于篇幅所限，下面只討論 BULK OUT 的中斷處理。BULK OUT勺中斷處理要對主機發(fā)送的 CBW （Com-ma nd Block Wrapper和數據進 行解析和處理。偽代碼結構如下： 其中 pSCSI 是傳遞給讀寫函數的有關讀寫地址和數據傳輸長度等參數的結構 體。數據的處理在讀寫函數中進行。 Write（ ） 函數的流程如圖 3。讀函數以頁 為單位，一次可以讀取連續(xù)的若干頁，在此不再列出其流程