引 言
隨著USB技術(shù)的發(fā)展,，優(yōu)盤(pán)在PC機(jī)系統(tǒng)上已得到廣泛的應(yīng)用，基本上取代了軟盤(pán),，PC機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng),。由于優(yōu)盤(pán)性能穩(wěn)定，體積小巧,，訪問(wèn)速度快,，因此它也非常適合作為嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備。這為嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的啟動(dòng)提供了一種嶄新的思路,，即從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng),。這種方法對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)板上的程序存儲(chǔ)空間要求不高，只要在Flash中存儲(chǔ)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的Bootrom程序即可,，將系統(tǒng)的映像文件放在優(yōu)盤(pán)上,，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)從優(yōu)盤(pán)加載。
目前基于VxWorks設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛,。嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的啟動(dòng)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(dòng)方法,。另外在參考文獻(xiàn)[2]中，作者也提出了幾種基于VxWorks的嵌入式系統(tǒng)的啟動(dòng)方法,。這些方法可根據(jù)具體的應(yīng)用需求,，適當(dāng)選取。筆者在開(kāi)發(fā)CableModem時(shí)也都曾實(shí)現(xiàn)過(guò)這些方法,。這些方法存在的共同問(wèn)題是：雖然能更新板載程序存儲(chǔ)器中的映像文件,，但由于程序存儲(chǔ)器一旦設(shè)計(jì)后就無(wú)法再擴(kuò)展其存儲(chǔ)空間;而在實(shí)際應(yīng)用中，由于嵌入式系統(tǒng)功能的增強(qiáng),，系統(tǒng)映像文件的體積會(huì)不斷增大,，會(huì)出現(xiàn)超過(guò)目標(biāo)板的程序存儲(chǔ)空間的問(wèn)題，從而使得新的映像文件無(wú)法燒錄到目標(biāo)板中,。
嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的顯著優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：更新系統(tǒng)映象文件方便(替換優(yōu)盤(pán)中的影像文件即可,，無(wú)需重新燒錄);啟動(dòng)快速(USB接口傳輸速度快)，可適用于多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(保存在優(yōu)盤(pán)中的映像文件也可以是使用其他嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),，如PSOS,、Nuclues等開(kāi)發(fā)生成的);對(duì)系統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)容量要求小(Flash中主要存儲(chǔ)Bootrom程序，而系統(tǒng)映像文件保存在優(yōu)盤(pán)中),。
本文給出了實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的嵌入式主機(jī)硬件結(jié)構(gòu),、軟件協(xié)議棧以及主要程序流程，探討了實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的可行性,。
1 嵌入式USB主控制器的硬件結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)
嵌入式系統(tǒng)是軟硬件緊密結(jié)合的系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng),，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(shè)計(jì)主控制器驅(qū)動(dòng)程序 (HCD),、USB驅(qū)動(dòng)程序、USB Client驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用程序,。
1.1 嵌入式USB主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)
嵌入式USB主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(xiàng)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(chǎn)的,、可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制芯片,，芯片內(nèi)含USB主，主/從控制器,，支持全速(full speed)/低速(low speed)數(shù)據(jù)傳輸,，并能自動(dòng)識(shí)別全速或低速設(shè)備。SL811HS所提供的接口遵從USBl.1標(biāo)準(zhǔn),。關(guān)于SL811HS更詳細(xì)的使用方法請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3],。使用SL811HS作為嵌入式USB主機(jī)控制器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
1.2 嵌入式USB主機(jī)上的軟件結(jié)構(gòu)
從參考文獻(xiàn)[4]可知，嵌入式主機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)其USB外設(shè)操作,，必須有圖2所示的3個(gè)軟件結(jié)構(gòu)層次：USB主控制器驅(qū)動(dòng)器(HCD),、USB主驅(qū)動(dòng)器(USBD)、USB沒(méi)備驅(qū)動(dòng)器,。
在協(xié)議棧的最底部是USB主控制器USB HC(USBHost Controller),，這是主系統(tǒng)中控制每一個(gè)USB設(shè)備的硬件部分?？谇爸饕袃纱箢?lèi)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(kāi)放主控制器接口OHCI(Open HostController Interface)。硬件廠商一般根據(jù)這兩個(gè)規(guī)范設(shè)計(jì)USB主控制器,。對(duì)于每一類(lèi)型的主控制器都有一個(gè)與硬件獨(dú)立的USB主控制器驅(qū)動(dòng)器HCD(Host ControllerDriver),。WindRiver公司提供了兩類(lèi)驅(qū)動(dòng)：usbHedUhciLib(UHCl主控制器庫(kù))和usbHcdOhciLib(OHCI主控制器庫(kù))。
USB主驅(qū)動(dòng)器USBD(USB host Driver)和HCD之間的接口允許一個(gè)或超過(guò)一個(gè)的底層主控制器,，而且WindRiver公司的USBD能夠同時(shí)連接多個(gè)USB HCD,。這樣的設(shè)計(jì)特點(diǎn)可以使開(kāi)發(fā)者建立復(fù)雜的USB系統(tǒng)。USBD是在HCD之上的與硬件獨(dú)立的模塊,。USBD管理每一個(gè)與主機(jī)相連的USBD設(shè)備,，向更高層次提供了可與USBD設(shè)備通信的路徑。它還負(fù)責(zé)自動(dòng)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(duì)USBD進(jìn)行評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)之一,，因此WindRiver公司的USBD設(shè)計(jì)者要使USBD透明地實(shí)現(xiàn)Huh的功能,。這意味著USBD還能處理USBHub和設(shè)備的動(dòng)態(tài)插拔。
USB客戶模塊在USBD主驅(qū)動(dòng)協(xié)議棧的頂端,。USB類(lèi)驅(qū)動(dòng)(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子,。USBD類(lèi)驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)管理連接到USBD上的不同類(lèi)型的設(shè)備，它們依靠USBD提供與每個(gè)設(shè)備的通信路徑,。USBClient模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設(shè)備通信的應(yīng)用程序,。
2 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)軟件程序設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)盤(pán)的操作，在基于VxWorks設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,，需要設(shè)計(jì)的程序包括：USB主控制器驅(qū)動(dòng)器,、USBD主驅(qū)動(dòng)器、USB塊存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,、文件系統(tǒng)的安裝以及應(yīng)用程序通過(guò)文件系統(tǒng)讀寫(xiě)優(yōu)盤(pán)設(shè)備程序等,，如圖3所示。故要實(shí)現(xiàn)從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng),，需要在bootConfig..c文件中的usrRoot函數(shù)巾添加4個(gè)函數(shù),。
(1)初始化USB主控制器的函數(shù)
初始化HCD(USB Host Controler Driver)函數(shù),，即初始化SL81lHS并將其連接到指定總線上：LOCAL int fn-cAttach(pHRB_ATTACH pHrb)。
該函數(shù)詞用SL811Init()初始化SL811控制芯片,。執(zhí)行函數(shù)taskSpawn("tSl81lint",，0，0,，0x4000,，(FUNCPTR)intThread，(int)pHost,，0,，0，0,，0,，0，0,。0,，0，O),，創(chuàng)建intThread任務(wù)對(duì)發(fā)生的中斷作出處理,。
這里的intTbaead調(diào)用OSS_SEM_TAKE(pHost->in-tPendi
ng，interval)阻塞,，與中斷服務(wù)程序intHandle同步,。
調(diào)用函數(shù)processSl811hInterrupt()處理硬件中斷，讀取中斷狀態(tài)寄存器判斷中斷類(lèi)型,。
調(diào)用UHC_INT_CONNECT(pHost,，intHandler，pHost,，&s)函數(shù)連接SL811主控制器芯片中斷。UHC_INT_CONNECT是一個(gè)宏定義,。
函數(shù)intHandler完成對(duì)中斷的處理,，調(diào)用函數(shù)OSS_SEM_GIVE(pHost->imPending)，釋放用于中斷和任務(wù)之間同步的二進(jìn)制信號(hào)量,。
(2)初始化USBD的函數(shù)
函數(shù)usbdInitialize()初始化內(nèi)部USBD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，并依次調(diào)用其他USB驅(qū)動(dòng)棧模塊的入口。
函數(shù)usbdlnitialize()調(diào)用usbdHcdAttach(execFunc,，&s1811IOCfg,，pToken)把HCD連接到USBD上。這里的execFunc就是函數(shù)usbHcdSl811hExee(),。
函數(shù)usbdInitialize()調(diào)用USBEnumerate(USBD_CLIENT_HANDLE clientHandle,，F(xiàn)ILE*fout)列舉所有連接到系統(tǒng)上的USB主控制器,、Hub和USB設(shè)備。
(3)初始化USB存儲(chǔ)設(shè)備的函數(shù)
函數(shù)usbBulkDevInit()完成USB盤(pán)的初始化并安裝DOS文件系統(tǒng),。
函數(shù)usbBulkDevlnit調(diào)用函數(shù)usbdClientRegister("BULK_CLASS",，&usbdHandle)及函數(shù)usbdDynamicAt-tachRegister(usbdHandle，USB_CLASS_MASS_STORAGE,，USB_SUBCLASS_SCSLCOMMAND_SET,，USB_INTERFACE_PROTOCOL_BULK_ONLY，usbBulkDc-vAttachCallback),，建立同USB的連接,，注冊(cè)回調(diào)例程。
函數(shù)usbBulkDevlnit調(diào)用函數(shù)OSS_THREAI)_CRE-ATE(bulkClientThread,，(pVOID) fout,，OSS_PRIORITYINTERRUPT，"tBulkClnt",，&bulkTaskId),，創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，管理優(yōu)盤(pán)的插入和移出,。
其中bulkCliemThread例程調(diào)用pBulkBlkDev=(BLK_DEV*)usbBulkBlkDevCreate (bulkNodeld,，NULL，NULL,，USB_SCSI_FLAG_READ_WRITEl0);安裝USB設(shè)備,。 調(diào)用pBulkDosVol=dosFsDevInit("/ud0/"，pButkBlkDev,，NULL);安裝DOS文件系統(tǒng),。
(4)從優(yōu)盤(pán)加載映像文件的函數(shù)
設(shè)計(jì)USBDLoad()，實(shí)現(xiàn)映像文件VxWorks從優(yōu)盤(pán)設(shè)備加載,。USBDLoad()函數(shù)主要包括以下語(yǔ)句：
修改bootConfig.c文件中的bootLoad函數(shù),，加入對(duì)從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的支持。主要加入以下語(yǔ)句：
重新編譯,、鏈接生成新的bootrom.hex,，燒錄到板子上的Flash中，將VxWorks映像文件拷貝到優(yōu)盤(pán)上,，將優(yōu)盤(pán)插入到嵌入式主機(jī)的USB接口上,。在啟動(dòng)的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)裝載優(yōu)盤(pán)的VxWorks系統(tǒng)映像文件,，實(shí)現(xiàn)基于VxWorks的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)優(yōu)盤(pán)啟動(dòng),。
3 總 結(jié)
在基于MPC860和VxWorks設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)驗(yàn)板上可實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)從優(yōu)盤(pán)的啟動(dòng)。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中還可以將嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)保存到優(yōu)盤(pán)上,，這樣能方便地實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備和PC機(jī)設(shè)備資源的共享,。