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嵌入式系统是一个快速发展的领域,其研究内容涉及到多个学科的各个方面,随着嵌入式技术在信息家电、移动计算机设备、网络设备和工控等领域的广泛应用,通过公共标准接口在不同设备之间进行数据交换的需求迅猛增长。其中通用串行总线(Universal Serial Bus)以其方便易用、易扩展、高传输速率和热插拔的特点,成为嵌入式系统应用广泛的一种接口。然而目前带有USB接口的设备间的数据交换仍离不开目前大量扮演USB主机角色的PC机,无法实现真正意义上的移动数据交换。随着人们对USB期望值的不断升高,基于嵌入式系统的USB主机在消费电子和工业控制领域的研究和应用显得日益紧迫而且必要。
本文详细介绍了以Philips LPC2292(ARM7)芯片为内核处理器、NucleusPLUS为实时操作系统基于OHCI规范(Open Host Controller Interface,开放主机控制器控制接口)开发的USB主机系统。针对USB在嵌入式系统中应用的现状,结合工业控制中测控系统的特点,构建了嵌入式USB主机的硬件和精简的USB主机系统软件平台,通过分析USB主机遵循的协议及其工作原理,结合NucleusPLUS下设备驱动的开发,研究Nucleus PLUS的USB子系统,在此基础上设计 Philips ISP1161主机控制器驱动程序,编译进Nucleus PLUS操作系统,从而实现板上的USB主机功能。该主机系统实现了USB核心驱动程序(USBD)、主机控制器驱动程序(HCD)以及用户程序,支持MassStorage设备类协议,最终在该测控系统中实现USB主机的功能,并能与多种USB设备进行通讯互联与数据交换,如实时数据采集设备的数据传输与交互。
系统中USB主机控制器采用的是Philips公司生产的ISP1161A1芯片。论文中对此款芯片做了详细介绍,并且在对Nucleus PLUS系统下的USB主机控制器驱动开发研究的基础上开发了驱动程序,同时给出了部分代码和流程图。
论文的主要工作包括:USB通信协议相关技术的研究、测控系统软硬件平台的构建、嵌入式USB主机系统硬件电路和软件协议的设计。最后对本课题进行了简要总结并对USB的发展前景进行了展望。