基于μC／OS-Ⅱ的嵌入式USB控制軟件的實現

摘要：在此以杭州中天32位RISC CPU CK510為內核的HMl521_B芯片上，基于μC／OS-Ⅱ操作系統，實現對USB設備的讀寫控制。系統采用嵌入式USB主機控制軟件的分層結構，著重闡述FAT32文件系統、USB設備枚舉和BULK-ONLY傳輸的具體實現過程。為了節省硬件資源，放棄了USB協議中的繁文縟節，抓住協議核心，設計了精簡高效的驅動程序。考慮到各種U盤的不同特性，增強了驅動兼容性方面的設計。整個階段都由邏輯分析儀給出實測數據抓包截圖。
關鍵詞：嵌入式USB控制；FAT32文件系統；USB設備枚舉；Bulk-only傳輸

0 引言
2010年USB 3．0的正式推出象征USB傳輸極速時代的到來，但是嵌入式領域由于考慮成本等各方面因素很多仍采用USB 1．1協議。同時USB協議的主體框架并沒有改變，因此研究USB 1．1協議在嵌入式系統上的實現對于USB 3．0協議的應用也是很好的鋪墊。本文在以杭州中天32位RISC CPU CK510為內核的摩托羅拉HM1521_B芯片上，基于μC／OS-Ⅱ操作系統，實現對USB設備的讀寫控制。由于HM1521_B芯片只支持USB 1．1協議，所以本文實現的只是USB 1．1協議。USB是一種主從結構：主機Host和從機Device。所有的數據傳輸都由Host主動發起，而Device只是被動的負責應答。在USB OTG中，一個設備可以在Device和Host之間切換，用以實現設備與設備之間的連接，大大增加了USB的使用范圍。但USBOTG依然沒有脫離主從關系，設備之間必然有一個作為Host，另一個作為Device。標準的USB使用4根線，分別是5 V電源、差分數據線負(D-)、差分數據線正(D+)、地(GND)。USB的低速和全速模式采用電壓傳輸，高速模式則采用電流傳輸。

1 USB控制軟件的分層結構
按照USB協議規范，USB運行首先是USB Host通過D+數據線上的電平變化檢測USB Device的插入和拔出，Host和Device依據協議規定的順序執行一系列信息交換，這稱為枚舉部分，也是所有USB主機都必須支持的功能。Host根據獲得的Device信息判斷該Device屬于哪一類USB設備，并確定下一步選用哪個特定的程序加以支持。
USB協議規定了HID(人機接口設備)類、Mass Storage(大容量存儲設備，如U盤)類、音頻類等各種設備類型。在嵌入式系統中，由于受系統性能和存儲空間的限制，一般只能支持某幾個類型。本文只支持Mass Storage類。

圖1是本文實現的USB Host控制軟件的分層結構：應用層調用FAT32文件系統層的函數；文件系統層通過MassStorage UFI命令與存儲設備建立聯系，實現U盤上文件的建立和讀寫等一系列操作；最底層的是Mass Storage驅動模塊，實現對U盤數據的讀寫功能。其主要函數包括：

本文軟件用C語言編程，并依賴μC／OS-Ⅱ操作系統提供的中斷函數來調度各個函數的運行。