基于具有USB功能的STM32微控制器

該設計是一個物理開關，它確定每次打開計算機時要啟動的操作系統(tǒng)。它使用STM32微控制器充當USB大容量存儲設備，并提供一個動態(tài)文件。該文件可以由系統(tǒng)的引導配置加載，以根據(jù)物理輸入來更改其引導行為：

組件：

撥動開關

具有USB功能的STM32微控制器

ST-Link編程器

該項目的解決方案是通過代碼編寫的，因此需要一個撥動開關，一個具有USB功能的STM32微控制器和一個ST-Link編程器。

代碼：點擊查看

設計過程：

啟動Linux，只需按電源按鈕；另一方面，要引導到Windows，則需要在GRUB短暫顯示自己時進行戰(zhàn)術，精確定時的敲擊，以更改選擇：

引導加載程序中的腳本

GNU GRUB是一種流行的Linux啟動加載程序-在加載任何操作系統(tǒng)之前運行的程序，它決定啟動什么以及如何啟動它。通常，將與上圖所示的菜單進行交互，但實際上，GRUB是由簡化的腳本語言配置的。在它的下面是用C語言編寫的模塊系統(tǒng)。

GRUB必須在操作系統(tǒng)外部運行，因此必須提供所有自己的工具，因此可用功能相當簡單。

在GRUB中可以任意訪問USB設備嗎？

創(chuàng)建一個具有自定義（“特定于供應商”）接口的USB設備，以讀出開關位置，就非USB而言，它就像是裸露的串行連接。可以從操作系統(tǒng)訪問，但是不確定GRUB是否可以處理它。

GRUB實現(xiàn)在其原生支持USB ehci、uhci、ohci模塊，但有一個問題-加載任何這些禁用用于訪問磁盤上的常態(tài)機制通過BIOS來避免沖突，讓你有無人接盤。有一個nativedisk模塊可以獨立于BIOS訪問磁盤，但是除了速度慢之外，嚴重地使用該模塊意味著GRUB無法鏈式加載Windows（說明），從而使這種方法成為注銷。

偽裝成USB大容量存儲設備

可以利用BIOS已經(jīng)為GRUB提供對所有連接的存儲設備的訪問的事實，而不是創(chuàng)建自定義USB接口。需要做的就是將設備顯示為存儲設備，其中包含一個文件，其內容指示開關位置。

從概念上講這很簡單，但是有幾層：

提供大容量存儲類描述符，指示要使用的幾種存儲協(xié)議之一（SCSI，ATA）。

實現(xiàn)所選的存儲協(xié)議。除了用于讀取和寫入扇區(qū)的標準請求外，這是一組用于詢問存儲設備的功能，容量，布局和其他元數(shù)據(jù)的命令。

讀取時模擬有效的文件系統(tǒng)，而實際上沒有任何存儲介質。

使用USB狀態(tài)指示燈中已有的支持USB的STM32板卡和代碼，將供應商類設備更改為大容量存儲類設備只需更改現(xiàn)有USB描述符中的幾個字節(jié)即可。

對于存儲協(xié)議層，發(fā)現(xiàn)它libopencm3具有內置的SCSI大容量存儲實現(xiàn)，具有簡單read_block（address）和write_block（address）回調功能，隱藏了存儲協(xié)議的復雜性：

由于這個原因，即使在這個階段它只能讀出無盡的0x00字節(jié)流，仍然可以使用可識別的存儲設備快速啟動并運行。

熟悉FAT

模擬GRUB可以理解的文件系統(tǒng)。格式化存儲設備，選擇FAT12，因為它的文檔非常齊全，而且布局簡單：

引導扇區(qū)：描述卷名稱和幾何形狀的固定結構

文件分配表：一個索引，用于說明磁盤的哪些部分被使用以及分配/碎片化了多大的文件

根目錄條目：文件元數(shù)據(jù)。指向實際文件內容所在的位置

［其余磁盤上沒有固定的結構］

經(jīng)過閱讀和修改之后，進行了一個設置，可以定義虛擬文件列表，并在毫不懷疑的主機要求下即時生成目錄條目和文件內容：

struct VirtualFile {

char* longName;

struct FatDirEntry dir;

void （*read） （uint8_t* output）;

};

static void readSwtich（uint8_t* output） { // Output is a zeroed-out 512 byte buffer （one block）

output［0］ = gpio_get（GPIOA， GPIO6） ？ ‘1’ ： ‘0’;

}

static struct VirtualFile _virtualFiles［］ = {

{

.longName = “switch_position”，

.dir = { .name = “SWITCH~1”， .ext = “ ”， .size = 1 }，

.read = readSwtich

}，

// 。..

};

轉儲塊設備看起來像這樣：

0000h是引導扇區(qū)，0200h是FAT的第一個副本，0400h是FAT的第二個副本，0600h是根目錄條目。一共有三個32字節(jié)的目錄條目-兩個長文件名條目，然后是在640h該文件的實際目錄條目。虛擬文件內容在4800h讀出。

在GRUB中讀取文件

GRUB沒有將文件內容加載到變量中的任何內置支持，也不像典型的Linux shell那樣支持命令替換：

# This is BASH and what I wanted to do

# GRUB script unfortunately doesn‘t support this kind of substitution

pos=$（cat /path/to/switch_position）

echo $pos

使用GRUB的“源” 命令從虛擬文件中加載其他配置。這種方法是開箱即用的，并且理論上適用于任何版本的GRUB：

根據(jù)開關位置啟動

使用GRUB外殼中的switch位置了，然后修改系統(tǒng)啟動配置，以根據(jù)此信息進行啟動選擇。

在 /etc/grub.d/00_header中， 將此添加到了 生成的輸出中（刪除了轉義符以使其更易于閱讀）：

# Look for hardware switch device by its hard-coded filesystem ID

search --no-floppy --fs-uuid --set hdswitch 55AA-6922

# If found， read dynamic config file and select appropriate entry for each position

if ［ “${hdswitch}” ］ ; then

source （$hdswitch）/switch_position_grub.cfg

if ［ “${os_hw_switch}” == 0 ］ ; then

# Boot Linux

set default=“0”

elif ［ “${os_hw_switch}” == 1 ］ ; then

# Boot Windows

set default=“2”

else

# Fallback to default

set default=“${GRUB_DEFAULT}”

fi

else

set default=“${GRUB_DEFAULT}”

fi

運行update-grub生成新的啟動配置后，

硬件安裝

小的鋁制扁桿，幾個螺絲和一些鉆孔。
責任編輯:pj