USB主机（HOST）的介绍与开发过程(转发)(

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USB主机（HOST）的介绍与开发过程

作者：     Truly　　    Email: box00@21cn.com       QQ：21298058
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　　项目名称：USB　HOST（主机）与OTG（ON　THE　GO移动互联）功能的实现
　　项目要求：实现USB　HOST功能，并实现相应的设备类的驱动与应用，第一阶段为实现海量
存储设备类(Mass Storage Class)在系统上的应用。以后将增加其它的类设备的驱动与功能，如
HID设备、USB图象设备，USB音频设备……

　　本项目将实现USB主机（HOST）功能与USB　OTG功能，应用于需要与USB设备连接的场合。由
于USB规范中严格遵从主、从关系，或者说是主机与设备的分类，一切的数据传输与命令的传送都
是由主机发现与控制的，设备间不能直接通信与交换数据，如USB接口的数码相机或者是U盘，就
不能直接通过打印机打印出它所存储的图片与文档，而USB　OTG规范的出现，改变了这一限制，
从而使得设备之间的直接连接成为了可能。
　　实现设备间的直接连接，有两种方法，一种就是最新的OTG方式的实现。还有就是传统的主、
从结构的连接，而芯片技术的发展与厂商努力的结果，在OTG规范之前，也有可以实现这个要求的
双规范的USB主控/设备芯片，如CYPRESS公司的SL811HS、CY7C637300，PHILIPS　ISP1161A1
等，这些芯片是面向嵌入式系统的应用而优化设计的，可以很方便地通过通用的MCU和CPU之间的
控制通信实现用户所需要的主机/设备功能。此外，还有已经把USB主机控制设计到了MCU里面
的，如三星的ARM内核的S3C2410X就集成了两个USB　HOST，控制器还可以在软件的控制下实现主
机与设备模式的切换。USB的主机通过主机控制器与USB设备进行数据传输。USB主机一般具有以
下的功能：1.检测USB设备的插拔。2.管理USB主机与USB设备之间的控制流。3.管理USB主机与设
备间的数据流。4.收集USB主机的状态。USB主机包括两个部分：主控器硬件和相应的功能软件。
硬件提供了主机的物理接口；主机上的系统软件管理设备与主机上的该设备软件之间的交互，包
括设备的枚举与配置，总线管理与带宽、电流的分配，各种所需的数据传输过程的管理，如有时
间要求的中断传输，同步（ISO）传输，控制传输，也有需要大量带宽，但时间要求不严格的块
（BULK）传输。
　　如上所述，将有若干实现任务要求的硬件方案，一是直接采用已经内嵌了USB　HOST的MCU。
二是采用传统成熟的主机功能的芯片与高性能CPU或MCU的搭配。三是采用OTG功能的芯片加上高
性能的CPU或MCU。第一方案的系统集成度与可靠性、性能都相对较高，但价格也相对较高，适合
于高端应用。第二方案在性能方面没有太大的损失，可以满足要求，但系统的集成度相对较低，
价格也适中，适合一般的应用。而第三方案与第二方案相比，功能性能方面相近，但系统有一定
的局限性，而且价格方面也没有优势,除非用户有特别要求，不作为推荐方案。要满足USB　HOST
功能，主机方面则最好有25MIPS以上的处理能力，才能保证USB全速通信，包括标准的四种传输
方式（控制、中断、块、同步传输）的支持，以满足不同设备的带宽要求。因此对CPU也有一定的
性能要求。而在嵌入式的硬件平台中，ARM结构的各种衍生MCU、CPU的性能与功能可以满足设计
的要求。所以在本方案中，采用基于ARM内核的高性能多功能与高可扩展性的MCU。这其中因为三
星的各类ARM的推广普及工作上的努力，推出了可以满足用户不同要求的有特色的产品线，加上其
较高的性能－价格比的优势，还有就是市场上货源方面，和用户的认可和支持的程度，都显得三
星的更适合于本方案。对于第一方案，可以采用三星的S3C2410，此为集成了USB　HOST等众多功
能，具有很高的扩展性与性能的产品，其32位ARM9内核，具有32KB的CACHE、最高203MHz的运行
频率不单可以满足USB　HOST功能，还可以满足用户对多媒体、网络、控制方面的要求。对于第
二方案，可以采用三星的ARM7内核的S3C44B0X（最高66MHz）或者S3C4510（50MHz）的MCU，外
加CYPRESS的SL811HS或者PHILIPS的ISP1161来实现，另外，这个方案也同样可以使用S3C2410外
接USB　HOST功能的芯片的方法实现，在开发的实验与调试过程中可以共用一套开发板，对于开
发过程这是一个好的选择。
　　为了实现USB主机功能的统一，提高系统的可靠性与可移植性，上游芯片生产厂家在确定USB
标准的同时，也确定了相应的主机规范。现在用得比较广泛的有三种，其中的用于USB2.0高速设
备的EHCI（Enhanced Host Control Interface增强主机控制接口）规范是INTEL用于USB2.0高
速主机的，不是我们今天要讨论的。而同是INTEL推出的UHCI（Universal Host Control
Interface 通用主机）与前Compaq 、Microsoft等推出的OHCI（Open Host Control
Interface开放主机控制接口）可用于全速与低速USB系统中，硬件的要求与系统性能、软件复杂
的要求相对较低，也能够满足大部分的具有USB接口嵌入式系统的要求。因此更具有实现开发意
义，也是今天我们要讨论的。而在UHCI与OHCI的对比中，UHCI对硬件的要求相对较少，但对系统
的处理能力与软件的开发要求相对要高（PC机就较多地采用了UHCI）；OHCI则把较多的功能定义
在硬件中，软件需要处理的内容就相对容易，对系统的处理能力和系统资源的要求就低。因此，
在嵌入式的USB　HOST功能中，较多地选用了遵循OHCI的规范的硬件，从而简化了系统的设计。
　　USB是一个完全规范化与标准化的接口，要实现与各个不同厂家，不同设备间的可靠通信，就
要完全遵守USB的相关规范与标准。这其中包含了硬件的标准和软件的标准、协议。另一方面，相
关规范的完善也降低了USB开发中的难度，只要按照规范实现所需要的功能，就能得到其它标准的
支持。在实现本任务中，我们需要完成的功能主要有USB主机芯片的驱动，USB主机功能的管理、
USB设备的配置与管理，主机与设备间数据通信的发起与控制，用户接口的实现。为了可靠地完成
设计的要求、实现设计的开发性与可扩展性，加快开发的进度，引入一个开放的操作系统是必需
的，而当前的适合于嵌入式应用的操作系统，发展成熟与得到广泛支持的有LINUX、Windows
CE、UCOS　II、VxWORK，后三种系统都是有版权的系统，而经过剪裁优化的LINUX操作系统则是
源码开放的系统，不但得到了用户的推崇与喜爱，提供了广泛的发展与扶持，也得到了众多厂家
的推荐、并提供了相应的开发资源，而LINUX系统本身也已经提供了USB的协议栈的支持与众多的
类设备的驱动程序，可以直接实现对设备的驱动和用户接口，为项目的实现提供了便捷。因此本
方案也将采用LINUX系统作为操作系统，并采用相应的设备驱动实现设备功能。这样我们所需要的
就只要实现USB控制器和少部分自定义的非类设备的驱动（而SL811HS已经提供了LIUNX下的主机
控制驱动程序和USBDI的实现代码，更方便了设计过程），从而大大降低了方案实现的难度并提高
了方案的可用程度。
　　综合上面所述，本方案的首要目标为实现基于ARM嵌入式硬件平台嵌入式LIUNX操作系统的
USB　HOST功能，对于应开发的要求，可以分别高端与一般应用对应两个方案进行，也可以只使
用S3C2410外加SL811HS或ISP1161的方式进行开发与调试。

设计要求：
硬件：    基于ARM的开发板，选择一：S3C2410开发板；选择二：S3C44B0X
    芯片：SL811HS、ISP1161A1
软件：    LINUX系统支持
网络：    INTERNET支持

人员安排：项目负责：
    　相关的协助人员

技术要求：1.ARM硬件与底层软件开发与调试，
    　2.USB相关协议，USB硬件与驱动程序开发与调试，
    　3.LINUX相关知识、LIUNX下驱动程序与应用程序开发与调试
   
开发周期：约13工作周
时间安排：选型准备、器件与工具购买，软件与资料的收集与准备    (1周)
　　　　　开发工具与设备调试、资料学习，实验            (2周)
    　功能实现与调整、调试                    (8周)
    　用户测试程序编写与调试验收                (2周)

附录：
参考资料：
《三星S3C2410数据手册》
《ARM编程》
《USB　OHCI（USB开放主机控制接口协议）》
《USB　USBDI（USB设备接口协议）》
《LINUX驱动程序开发》
《LINUX应用程序开发》
参考网址：
http://www.usb.org/developers
http://www.linux.org
http://www.uclinux.org