USB海量存储类设备功能在ARM系统中的应用,FLASH,海.

1、USB 海量存储类设备功能在 ARM 系统中的应用，FLASH 海量存储类设备，Bulk-Only 传输技术发展到今天的信息时代， 数据的存储和传输在嵌入式系统有了越来越重要 的地位。而 USB 是目前设计成熟、应用广泛且使用极为简捷的技术，USB 专输是一种高效方便的数据传输方式。基于上述原因，本文重点论述基于USB 的海量存储(USBMassStorage)设备功能在 ARM 嵌入式系统中设计和应用。使用该设 备功能，上位机可以像读写普通 U 盘一样对于系统采集并存储在 FLASH 中的数 据进行读写。1 硬件方案 1.1 器件简介 S3C44B0X1 是 SAMSUN 公司出品的基于技术

2、发展到今天的信息时代， 数据的存储和传输在嵌入式系统有了越来越重要 的地位。而 USB 是目前设计成熟、应用广泛且使用极为简捷的技术，USB 传输是一种高效方便的数据传输方式。基于上述原因，本文重点论述基于USB 勺海量存储 (USBMass Storage)设备功能在 ARM 嵌入式系统中设计和应用。使用该设备 功能，上位机可以像读写普通 U 盘一样对于系统采集并存储在 FLASH 中的数据 进行读写。1 硬件方案1.1 器件简介S3C44B0X是SAMSUN公司出品的基于 ARM7TDM内核的RISC型微处理器， 8 kB 指令和数据共享的缓存，主频可达 66MHz 可以运行 16 位的

3、Thumb 指令和 32 位的 ARMtt 令，且接口丰富， 具有通用性。K9F2808U0C 是 SAMSUN 公司生产的一款 Nand 型闪存芯片，容量为 16 MB,读 写速度快，数据保存时间长，可擦写 10 万次，在嵌入式系统中有着广泛的应 用，主要是负责数据存储。PDIUSBDI 艺是 PHILIPS 公司生产的带有并行总线和局部 DMA 专输能力的全速 USB接口芯片，符合 USB1.1 版规范，可以与任何外部 MC/MPU 实现并行接 口，传输速度可达 2MB/s。该 USB 芯片有 1 个控制端点和 2 个普通端点。1.2 硬件连接图硬件连接如图 1 所示。在该系统中，FLAS

4、H 芯片 K9F2808U0（负责嵌入式系统中 的数据存储；处理器 S3C44B0）执行底层固件代码；USE 接口芯片 PDIUS-BDI2 负责设备与上位机的通讯。 这样系统采集并存储在闪存芯片中的数据便可以通 过 USB 接口传输到上位机。2 软件实现 要实现实验系统与上位机的 USB 通讯，首先要正确设计 PDIUSBD12 勺底层固件 程序。而要实现系统的海量存储设备功能，还要有 FLASH 的读写操作代码和实 现海量存储设备类规范的代码。下面从这 3 个方面来分析。软件开发环境为ARM 公司的 ADS1.2, USB 监控和测试软件为 BUSlound 2.1 PDIUSBD12 固

5、件编程PDIUSBDI2 固件结构和数据流向如图 2 所示。 结构图中的硬件提取层是固件中 的最底层代码， 负责对处理器与 PDIUSBDI2 相连接的 I /O 口进行操作， 以通知 PDI-USBD12接下来处理器将对其进行命令操作或是数据操作。而命令接口层是 基于硬件提取层的一套对 PDIUS-BDI2 进行操作的子程序，可以方便上层程序的 编写。当 PDIUSBD1 向处理器发出中断请求时，处理器读取中断寄存器，根据中断源 调用相应的中断服务处理程序，中断服务处理程序设置相应的事件标志，如果 有数据传输并作相应的数据处理。根据USB 协议4，控制端点 0 用来负责设备的枚举，如获取设备

6、各种描述符、设置地址、获取海量存储设备的逻辑单元数 目和复位设备等操作。这些操作是通过中断和主循环共同完成的。这里端点 1 未用到，可以忽略其中断。端点 2 是主端点，用作 BuIk-OnIy 传输。在端点 2 的中断处理程序中实现 BuIk-OnIy 传输及命令解析和执行。其中，中断服务处理程序与主循环通过一个名为 ControIData 的结构体变量进 行通讯。主循环初始化 I /O 口、事件标志 bUSBFIags 建立包数据缓冲区、定 时器和中断，重新连接 USB 总线后进入一个无限循环， 当该循环轮询到某事件 标志被置位时便进行相应的处理。特别是在设备枚举中当建立标志被置位时， 根据

7、设备请求的类型域ControIData ，DeviceRequest，bmRequestType 来确定 是标准设备请求、厂商设备请求还是类型设备请求，再根据请求类型进行相应 的调用。K9F2808U0C 读写操作K9F2808U0（共有 1 024 块，每块 32 页，每页 528 B，其中 512B 用于存放数 据，另外 16 B 用于存放信息，如块的好坏标记、块逻辑地址和ECC 校验和等。FLASH 卖写有其自身的特点，读写都以页为单位，可以随机读，但无法随机 写，写操作前必须把写单元所在的块擦除。因此，对于该闪存的读操作可以采取直接读取来处理；而对于写操作，则通过设置块缓冲来解决，以减

8、轻系统的任务和对 FLASH!勺擦除次数。写操作的基 本思想是：设置一个块缓冲区，待写数据先写入缓冲区对应的页地址，当缓冲 区中待写数据的页地址到达 31 或者页地址未满 31 但传输已经结束时，先将目 标块中待写页以外的有关数据保存到缓冲区对应的页地址，然后擦除整块，最 后将缓冲区的数据拷贝到该块。写操作流程如图 3 所示。海量存储规范实现 海量存储设备必须符合海量存储设备类规范，该规范包括 4 个独立的子类规 范，本设计中用到其中的 2 个子类规范：一是 USB MassStorage Class Bulk-Only Transport规范5；二是 USB MassStorage Clas

9、sUFI Comma n 规范。前者定义了数据/命令/状态在 USB 总线上的传 输方法， Bulk-Only 传输规范仅仅使用 Bulk 端点传送数据命令状态。后者 定义了对存储介质的操作命令， UFI 命令规范基于 SCSI-2 和 SFF-8070i 命令 集。这里根据SCSI-2 规范6针对该类设备的操作命令规范，总共编写了9 个命令执行函数，见下文。海量存储规范的实现有 2 个地方要注意：一是设备描述符、配置描述符、接口 描述符和端点描述符要正确设置，主机是通过控制端点 （端点 0） 获取这一些描 述符的；二是 BULK 端点（端点 2）的中断处理，其中的 BULKOUT 中断处理较 BULK IN 复杂，由于篇幅所限，下面只讨论 BULK OUT 的中断处理。BULK OUT勺中断处理要对主机发送的 CBW （Com-ma nd Block Wrapper和数据进 行解析和处理。伪代码结构如下： 其中 pSCSI 是传递给读写函数的有关读写地址和数据传输长度等参数的结构 体。数据的处理在读写函数中进行。 Write（ ） 函数的流程如图 3。读函数以页 为单位，一次可以读取连续的若干页，在此不再列出其流程