基于μCLinux的USB驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)

　　0 引 言

　　μCLinux是針對嵌入式控制領(lǐng)域的操作系統(tǒng)，它繼承了Linux內(nèi)核的絕大部分特性，專為沒有內(nèi)存管理單元MMU的嵌入式微處理器而設(shè)計(jì)。它內(nèi)核小，效率高，源代碼開放，包含了完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ADSP-BF533是ADI公司Blackfin系列的高速數(shù)字信號處理器芯片。 Blackfin系列是ADI與Intel聯(lián)合開發(fā)的體現(xiàn)高性能體系結(jié)構(gòu)的首款第四代DSP產(chǎn)品，16位定點(diǎn)DSP內(nèi)核，新型指令結(jié)構(gòu)，支持C/C++編程，主頻達(dá)600 MHz，內(nèi)核電壓1.2 V，具有動態(tài)電源管理能力，功耗低，擴(kuò)展能力強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于各種信號處理。

　　這里使用基于Blackfin ADSP-BF533微處理器的μClinux開發(fā)板，在對外通信時(shí)需用到USB接口。結(jié)合實(shí)際情況，選擇FTDI公司推出的USB芯片FT245BL。主要介紹USB芯片F(xiàn)T245BL的工作原理和電路設(shè)計(jì)，以及如何在μClinux操作系統(tǒng)下編寫和添加其驅(qū)動程序的方法。

　　1 FT245BL工作原理與電路設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)USB芯片要求設(shè)計(jì)人員對USB的標(biāo)準(zhǔn)、Firmware編程及驅(qū)動程序的開發(fā)等有較深入的理解，工作量大，開發(fā)周期長，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)者才能完成;而FTDI(Future Technology Devices Intl.Ltd.)公司推出的USB芯片F(xiàn)T245BL集成了微控制器，并且把實(shí)現(xiàn)USB通信協(xié)議的固件程序直接固化在芯片中，同時(shí)提供了PC端的沒備驅(qū)動程序，用戶只需進(jìn)行必要的硬件設(shè)計(jì)和簡單的軟件編程，所以大大降低了開發(fā)難度。

　　1.1 功能結(jié)構(gòu)

　　FT245BL是FTDI公司的一款并行FIFO雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB芯片，對于微處理器它提供8位并行數(shù)據(jù)總線D0～D7，對于外部主機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)串行總線或虛擬接口，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)1 MB/s，提供USBl.1/2.O規(guī)范的全速物理接口，支持UHCI/OHCI/EHCI主控制器。

　　FT245BL芯片的內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示，芯片主要由3.3 V穩(wěn)壓器、USB收發(fā)器、串行接口引擎(SIE)、USB協(xié)議引擎和先進(jìn)先出(FIFO)控制器、6 MHz振蕩器、8×倍頻器、USB鎖相環(huán)、復(fù)位器、E。PROM接口等構(gòu)成。其內(nèi)部設(shè)置了2個(gè)FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一個(gè)是128 B的接收緩沖區(qū);一個(gè)是384 B的發(fā)送緩沖區(qū)。串行接口引擎用來完成USB數(shù)據(jù)的串/并雙向轉(zhuǎn)換;USB協(xié)議引擎用于管理來自USB設(shè)備控制端口的數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)控制器需要的 USB底層協(xié)議。

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　　1.2 工作原理

　　DSP與FT245BL接口框圖如圖2所示。主板CPLD用AMS[0：3]和高5位地址線(A19～A15)進(jìn)行譯碼;FT245BL的TXE和RXF 信號在查詢地址有效時(shí)，通過DSP讀取其狀態(tài)，判斷是否發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù);TXE用于判斷發(fā)送FIFO是否滿，0為不滿，1為滿，當(dāng)TXE為0時(shí)，外部 DSP向發(fā)送FIFO緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)，直到發(fā)送數(shù)據(jù)全部寫入;RXF用于判斷接收FIFO是否有數(shù)據(jù)，只要數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)≥1，RXF就為低，通知DSP可以讀取數(shù)據(jù)。FT245BL的RD和WR信號在讀寫地址有效時(shí)，分別與DSP的ARE和AWE相連，DSP可以讀取接收數(shù)據(jù)和寫入發(fā)送數(shù)據(jù)。

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　　1.3 電路設(shè)計(jì)

　　FT245BL芯片使用主板上的3.3 V和5 V電源供電，主板對外作為一個(gè)USB設(shè)備。USB總線的電源線連接在芯片的復(fù)位引腳RESET上，這樣保證了USB芯片平時(shí)處于復(fù)位狀態(tài)。

　　當(dāng)USB總線連接到主機(jī)時(shí)，電源線變高，RESET變高，最終導(dǎo)致RSTOUT變高，由于USBDP引腳配置了一個(gè)1.5 kΩ的上拉電阻連到RSTOUT引腳，使得芯片以全速狀態(tài)連接到主機(jī)。FIFO控制器接口包括8位數(shù)據(jù)線D7～D0、讀RD、寫WR、發(fā)送使能TXE、接收完畢RXF的5個(gè)信號。由于FT245BL芯片沒有片選線，所以信號都是經(jīng)過主板CPLD內(nèi)部的譯碼電路處理后才連接的。DSP采用中斷機(jī)制讀取 FIFO的數(shù)據(jù)，所以將RXF連接DSP的可編程端口(PF3)，用以產(chǎn)生中斷。

　　2 FT245BL驅(qū)動程序的編寫

　　這里以ADI公司的ADSP-BF533為例，介紹USB接口芯片F(xiàn)T245BL在μClinux下驅(qū)動程序的編寫。依據(jù)FT245BL芯片的結(jié)構(gòu)和接口設(shè)計(jì)，決定將其作為字符設(shè)備來開發(fā)它的驅(qū)動程序。所用開發(fā)平臺的硬件結(jié)構(gòu)如下：

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　　2.1 確定設(shè)備的設(shè)備名稱和主設(shè)備號

　　主設(shè)備號是內(nèi)核識別不同類型設(shè)備的惟一標(biāo)識，內(nèi)核利用主設(shè)備號將設(shè)備與相應(yīng)的驅(qū)動程序?qū)?yīng)起來。開發(fā)新的驅(qū)動程序，必須找到一個(gè)還未被使用的主設(shè)備號，分配給自己的字符設(shè)備。主設(shè)備號的確定可以通過兩種方法：一是靜態(tài)定義;二是動態(tài)分配。該驅(qū)動采用的是靜態(tài)主設(shè)備號，在ft245b1.C文件中直接定義設(shè)置為254，#define ft245bl_major 254。

　　2.2 確定編寫需要的file-operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的功能函數(shù)

　　該驅(qū)動文件ft245b1.C中定義的file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

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　　2.3 設(shè)備的注冊與注銷

　　設(shè)備驅(qū)動在調(diào)用前必須首先向系統(tǒng)注冊，這時(shí)就執(zhí)行加載函數(shù)static int_init FT245BL_init(void)。該函數(shù)的核心語句是 register_chrdev(ft245bl_major，F(xiàn)T245BL_DEV，&ft245bl_fops)字符注冊函數(shù)。其中，ft245bl_major是設(shè)備驅(qū)動向系統(tǒng)申請的主設(shè)備號;FT245BL_DEV是USB設(shè)備的名稱;ft245bl_fops是之前定義為 file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各個(gè)功能函數(shù)的文件指針。該函數(shù)返回值為0，表示注冊成功;返回-INVAL，表示申請的主設(shè)備號非法;返回 -EBUSY，表示該設(shè)備號正在使用。設(shè)備注冊成功后，設(shè)備名會出現(xiàn)在系統(tǒng)的/proc/devices文件中。

　　設(shè)備有注冊就有卸載，卸載字符設(shè)備需要調(diào)用函數(shù)unregister_chrdev(ft245bl_major，F(xiàn)T245BL_DEV)，參數(shù)有主設(shè)備號和設(shè)備名兩個(gè)，USB退出驅(qū)動，用staticvoid_exit ft245bl_exit(void)函數(shù)。