实现嵌入式实时系统从优盘启动的可行性探析
引 言
随着usb技术的发展，优盘在pc机系统上已得到广泛的应用，基本上取代了软盘，pc机系统可以实现从优盘启动。由于优盘性能稳定，体积小巧，访问速度快，因此它也非常适合作为嵌入式实时系统的存储设备。这为嵌入式实时系统的启动提供了一种崭新的思路，即从优盘启动。这种方法对嵌入式实时系统板上的程序存储空间要求不高，只要在flash中存储嵌入式实时系统的bootrom程序即可，将系统的映像文件放在优盘上，实现实时操作系统从优盘加载。
目前基于vxworks设计的嵌入式实时系统应用非常广泛。嵌入式实时系统的启动方式多种多样，windriver公司提供的参考bsp（board support package）包中就提供了几种启动方法。另外在参考文献［2］中，作者也提出了几种基于vxworks的嵌入式系统的启动方法。这些方法可根据具体的应用需求，适当选取。笔者在开发cablemodem时也都曾实现过这些方法。这些方法存在的共同问题是：虽然能更新板载程序存储器中的映像文件，但由于程序存储器一旦设计后就无法再扩展其存储空间;而在实际应用中，由于嵌入式系统功能的增强，系统映像文件的体积会不断增大，会出现超过目标板的程序存储空间的问题，从而使得新的映像文件无法烧录到目标板中。
嵌入式实时系统从优盘启动的显著优点主要表现在：更新系统映象文件方便（替换优盘中的影像文件即可，无需重新烧录）;启动快速（usb接口传输速度快），可适用于多种实时操作系统（保存在优盘中的映像文件也可以是使用其他嵌入式实时操作系统，如psos、nuclues等开发生成的）;对系统的flash存储容量要求小（flash中主要存储bootrom程序，而系统映像文件保存在优盘中）。
本文给出了实现嵌入式实时系统优盘启动的嵌入式主机硬件结构、软件协议栈以及主要程序流程，探讨了实现嵌入式实时系统从优盘启动的可行性。
1 嵌入式usb主控制器的硬件结构及驱动
嵌入式系统是软硬件紧密结合的系统。要实现从优盘启动，硬件上必须在嵌入式微处理器外围添加usbhost主控制器;在软件上必须设计主控制器驱动程序 （hcd）、usb驱动程序、usb client驱动程序以及应用程序。
1.1 嵌入式usb主机硬件结构
嵌入式usb主机硬件结构比较简单，只是在嵌入式微处理器外部加上usb主控芯片即可。在本项目中，嵌入式微处理器采用的是motorola公司的mpc860t，usb主控制芯片采用的是sl811hs芯片。sl81lhs芯片是cypress公司生产的、可支持全速数据传输的usb控制芯片，芯片内含usb主，主/从控制器，支持全速（full speed）/低速（low speed）数据传输，并能自动识别全速或低速设备。sl811hs所提供的接口遵从usbl.1标准。关于sl811hs更详细的使用方法请见参考文献［3］。使用sl811hs作为嵌入式usb主机控制器的系统硬件结构如图1所示。
1.2 嵌入式usb主机上的软件结构
从参考文献［4］可知，嵌入式主机要实现对其usb外设操作，必须有图2所示的3个软件结构层次：usb主控制器驱动器（hcd）、usb主驱动器（usbd）、usb没备驱动器。
在协议栈的最底部是usb主控制器usb hc（usbhost controller），这是主系统中控制每一个usb设备的硬件部分。口前主要有两大类usb主控制器：一种是通用主控制器接口uhci（universal host controller inter-face），另一种是开放主控制器接口ohci（open hostcontroller interface）。硬件厂商一般根据这两个规范设计usb主控制器。对于每一类型的主控制器都有一个与硬件独立的usb主控制器驱动器hcd（host controllerdriver）。windriver公司提供了两类驱动：usbheduhcilib（uhcl主控制器库）和usbhcdohcilib（ohci主控制器库）。
usb主驱动器usbd（usb host driver）和hcd之间的接口允许一个或超过一个的底层主控制器，而且windriver公司的usbd能够同时连接多个usb hcd。这样的设计特点可以使开发者建立复杂的usb系统。usbd是在hcd之上的与硬件独立的模块。usbd管理每一个与主机相连的usbd设备，向更高层次提供了可与usbd设备通信的路径。它还负责自动处理usbd电力管理以及usbd带宽管理;而且，usbd还管理usbhub。hub能否正确工作，是对usbd进行评价的标准之一，因此windriver公司的usbd设计者要使usbd透明地实现huh的功能。这意味着usbd还能处理usbhub和设备的动态插拔。
usb客户模块在usbd主驱动协议栈的顶端。usb类驱动（usb class driver）是client模块的典型例子。usbd类驱动负责管理连接到usbd上的不同类型的设备，它们依靠usbd提供与每个设备的通信路径。usbclient模块的其他例子就是那些利用usbd与usb设备通信的应用程序。
2 嵌入式实时系统优盘启动软件程序设计
为实现对优盘的操作，在基于vxworks设计的嵌入式实时系统中，需要设计的程序包括：usb主控制器驱动器、usbd主驱动器、usb块存储设备驱动程序、文件系统的安装以及应用程序通过文件系统读写优盘设备程序等，如图3所示。故要实现从优盘启动，需要在bootconfig..c文件中的usrroot函数巾添加4个函数。
（1）初始化usb主控制器的函数
初始化hcd（usb host controler driver）函数，即初始化sl81lhs并将其连接到指定总线上：local int fn-cattach（phrb_attach phrb）。
该函数词用sl811init（）初始化sl811控制芯片。执行函数taskspawn（“tsl81lint”，0，0，0x4000，（funcptr）intthread，（int）phost，0，0，0，0，0，0。0，0，o），创建intthread任务对发生的中断作出处理。
这里的inttbaead调用oss_sem_take（phost-》in-tpendi
ng，interval）阻塞，与中断服务程序inthandle同步。
调用函数processsl811hinterrupt（）处理硬件中断，读取中断状态寄存器判断中断类型。
调用uhc_int_connect（phost，inthandler，phost，&s）函数连接sl811主控制器芯片中断。uhc_int_connect是一个宏定义。
函数inthandler完成对中断的处理，调用函数oss_sem_give（phost-》impending），释放用于中断和任务之间同步的二进制信号量。
（2）初始化usbd的函数
函数usbdinitialize（）初始化内部usbd数据结构，并依次调用其他usb驱动栈模块的入口。
函数usbdlnitialize（）调用usbdhcdattach（execfunc，&s1811iocfg，ptoken）把hcd连接到usbd上。这里的execfunc就是函数usbhcdsl811hexee（）。
函数usbdinitialize（）调用usbenumerate（usbd_client_handle clienthandle，file*fout）列举所有连接到系统上的usb主控制器、hub和usb设备。
（3）初始化usb存储设备的函数
函数usbbulkdevinit（）完成usb盘的初始化并安装dos文件系统。
函数usbbulkdevlnit调用函数usbdclientregister（“bulk_class”，&usbdhandle）及函数usbddynamicat-tachregister（usbdhandle，usb_class_mass_storage，usb_subclass_scslcommand_set，usb_interface_protocol_bulk_only，usbbulkdc-vattachcallback），建立同usb的连接，注册回调例程。
函数usbbulkdevlnit调用函数oss_threai）_cre-ate（bulkclientthread，（pvoid） fout，oss_priorityinterrupt，“tbulkclnt”，&bulktaskid），创建一个任务，管理优盘的插入和移出。
其中bulkcliemthread例程调用pbulkblkdev=（blk_dev*）usbbulkblkdevcreate （bulknodeld，null，null，usb_scsi_flag_read_writel0）;安装usb设备。 调用pbulkdosvol=dosfsdevinit（“/ud0/”，pbutkblkdev，null）;安装dos文件系统。
（4）从优盘加载映像文件的函数
设计usbdload（），实现映像文件vxworks从优盘设备加载。usbdload（）函数主要包括以下语句：
修改bootconfig.c文件中的bootload函数，加入对从优盘启动的支持。主要加入以下语句：
重新编译、链接生成新的bootrom.hex，烧录到板子上的flash中，将vxworks映像文件拷贝到优盘上，将优盘插入到嵌入式主机的usb接口上。在启动的过程中，系统会自动装载优盘的vxworks系统映像文件，实现基于vxworks的嵌入式实时系统优盘启动。
3 总 结
在基于mpc860和vxworks设计的嵌入式实验板上可实现嵌入式实时系统从优盘的启动。当然，在实际应用中还可以将嵌入式实时系统采集到的数据保存到优盘上，这样能方便地实现嵌入式设备和pc机设备资源的共享。
Xilinx全新UltraScale架构介绍
机器视觉与plc信号如何对接？
小米手机终极杀手锏 小米5C还有这张王牌让小米更加便宜？
圆针和正反三角形切割针刃口锋利度测试仪
片式电感器的优势有哪些
实现嵌入式实时系统从优盘启动的可行性探析
村民普法课堂：多媒体助力乡村普法宣传
2019年中国工业互联网平台概述、简述及研究报告！
国芯思辰｜可替换上海贝岭BL8023D的国产大电流双向继电器驱动芯片CN8023，典型静态电流10nA
KONICAMINOLTA柯尼卡美能达CA-410色彩分析仪
机器人技术基础系列：规划与导航
铝电解电容制作过程和铝电解电容寿命计算原理解析
索尼PS4版游戏成为亚马逊与日本的畅销商品
未来LED显示不只是一个产品，而会是一个应用！
iPhone13新品发布_iPhone12价格直降千元
PCB设计中的DVI布线技巧
我国锂硫电池技术获新突破
区块链技术将重新定义资本市场
MAX6969 16端口、5.5V恒流LED驱动器(含应用电
e络盟为关键应用领域推出最新的创新半导体工具及开发套件
随着usb技术的发展，优盘在pc机系统上已得到广泛的应用，基本上取代了软盘，pc机系统可以实现从优盘启动。由于优盘性能稳定，体积小巧，访问速度快，因此它也非常适合作为嵌入式实时系统的存储设备。这为嵌入式实时系统的启动提供了一种崭新的思路，即从优盘启动。这种方法对嵌入式实时系统板上的程序存储空间要求不高，只要在flash中存储嵌入式实时系统的bootrom程序即可，将系统的映像文件放在优盘上，实现实时操作系统从优盘加载。
目前基于vxworks设计的嵌入式实时系统应用非常广泛。嵌入式实时系统的启动方式多种多样，windriver公司提供的参考bsp（board support package）包中就提供了几种启动方法。另外在参考文献［2］中，作者也提出了几种基于vxworks的嵌入式系统的启动方法。这些方法可根据具体的应用需求，适当选取。笔者在开发cablemodem时也都曾实现过这些方法。这些方法存在的共同问题是：虽然能更新板载程序存储器中的映像文件，但由于程序存储器一旦设计后就无法再扩展其存储空间;而在实际应用中，由于嵌入式系统功能的增强，系统映像文件的体积会不断增大，会出现超过目标板的程序存储空间的问题，从而使得新的映像文件无法烧录到目标板中。
嵌入式实时系统从优盘启动的显著优点主要表现在：更新系统映象文件方便（替换优盘中的影像文件即可，无需重新烧录）;启动快速（usb接口传输速度快），可适用于多种实时操作系统（保存在优盘中的映像文件也可以是使用其他嵌入式实时操作系统，如psos、nuclues等开发生成的）;对系统的flash存储容量要求小（flash中主要存储bootrom程序，而系统映像文件保存在优盘中）。
本文给出了实现嵌入式实时系统优盘启动的嵌入式主机硬件结构、软件协议栈以及主要程序流程，探讨了实现嵌入式实时系统从优盘启动的可行性。
1 嵌入式usb主控制器的硬件结构及驱动
嵌入式系统是软硬件紧密结合的系统。要实现从优盘启动，硬件上必须在嵌入式微处理器外围添加usbhost主控制器;在软件上必须设计主控制器驱动程序 （hcd）、usb驱动程序、usb client驱动程序以及应用程序。
1.1 嵌入式usb主机硬件结构
嵌入式usb主机硬件结构比较简单，只是在嵌入式微处理器外部加上usb主控芯片即可。在本项目中，嵌入式微处理器采用的是motorola公司的mpc860t，usb主控制芯片采用的是sl811hs芯片。sl81lhs芯片是cypress公司生产的、可支持全速数据传输的usb控制芯片，芯片内含usb主，主/从控制器，支持全速（full speed）/低速（low speed）数据传输，并能自动识别全速或低速设备。sl811hs所提供的接口遵从usbl.1标准。关于sl811hs更详细的使用方法请见参考文献［3］。使用sl811hs作为嵌入式usb主机控制器的系统硬件结构如图1所示。
1.2 嵌入式usb主机上的软件结构
从参考文献［4］可知，嵌入式主机要实现对其usb外设操作，必须有图2所示的3个软件结构层次：usb主控制器驱动器（hcd）、usb主驱动器（usbd）、usb没备驱动器。
在协议栈的最底部是usb主控制器usb hc（usbhost controller），这是主系统中控制每一个usb设备的硬件部分。口前主要有两大类usb主控制器：一种是通用主控制器接口uhci（universal host controller inter-face），另一种是开放主控制器接口ohci（open hostcontroller interface）。硬件厂商一般根据这两个规范设计usb主控制器。对于每一类型的主控制器都有一个与硬件独立的usb主控制器驱动器hcd（host controllerdriver）。windriver公司提供了两类驱动：usbheduhcilib（uhcl主控制器库）和usbhcdohcilib（ohci主控制器库）。
usb主驱动器usbd（usb host driver）和hcd之间的接口允许一个或超过一个的底层主控制器，而且windriver公司的usbd能够同时连接多个usb hcd。这样的设计特点可以使开发者建立复杂的usb系统。usbd是在hcd之上的与硬件独立的模块。usbd管理每一个与主机相连的usbd设备，向更高层次提供了可与usbd设备通信的路径。它还负责自动处理usbd电力管理以及usbd带宽管理;而且，usbd还管理usbhub。hub能否正确工作，是对usbd进行评价的标准之一，因此windriver公司的usbd设计者要使usbd透明地实现huh的功能。这意味着usbd还能处理usbhub和设备的动态插拔。
usb客户模块在usbd主驱动协议栈的顶端。usb类驱动（usb class driver）是client模块的典型例子。usbd类驱动负责管理连接到usbd上的不同类型的设备，它们依靠usbd提供与每个设备的通信路径。usbclient模块的其他例子就是那些利用usbd与usb设备通信的应用程序。
2 嵌入式实时系统优盘启动软件程序设计
为实现对优盘的操作，在基于vxworks设计的嵌入式实时系统中，需要设计的程序包括：usb主控制器驱动器、usbd主驱动器、usb块存储设备驱动程序、文件系统的安装以及应用程序通过文件系统读写优盘设备程序等，如图3所示。故要实现从优盘启动，需要在bootconfig..c文件中的usrroot函数巾添加4个函数。
（1）初始化usb主控制器的函数
初始化hcd（usb host controler driver）函数，即初始化sl81lhs并将其连接到指定总线上：local int fn-cattach（phrb_attach phrb）。
该函数词用sl811init（）初始化sl811控制芯片。执行函数taskspawn（“tsl81lint”，0，0，0x4000，（funcptr）intthread，（int）phost，0，0，0，0，0，0。0，0，o），创建intthread任务对发生的中断作出处理。
这里的inttbaead调用oss_sem_take（phost-》in-tpendi
ng，interval）阻塞，与中断服务程序inthandle同步。
调用函数processsl811hinterrupt（）处理硬件中断，读取中断状态寄存器判断中断类型。
调用uhc_int_connect（phost，inthandler，phost，&s）函数连接sl811主控制器芯片中断。uhc_int_connect是一个宏定义。
函数inthandler完成对中断的处理，调用函数oss_sem_give（phost-》impending），释放用于中断和任务之间同步的二进制信号量。
（2）初始化usbd的函数
函数usbdinitialize（）初始化内部usbd数据结构，并依次调用其他usb驱动栈模块的入口。
函数usbdlnitialize（）调用usbdhcdattach（execfunc，&s1811iocfg，ptoken）把hcd连接到usbd上。这里的execfunc就是函数usbhcdsl811hexee（）。
函数usbdinitialize（）调用usbenumerate（usbd_client_handle clienthandle，file*fout）列举所有连接到系统上的usb主控制器、hub和usb设备。
（3）初始化usb存储设备的函数
函数usbbulkdevinit（）完成usb盘的初始化并安装dos文件系统。
函数usbbulkdevlnit调用函数usbdclientregister（“bulk_class”，&usbdhandle）及函数usbddynamicat-tachregister（usbdhandle，usb_class_mass_storage，usb_subclass_scslcommand_set，usb_interface_protocol_bulk_only，usbbulkdc-vattachcallback），建立同usb的连接，注册回调例程。
函数usbbulkdevlnit调用函数oss_threai）_cre-ate（bulkclientthread，（pvoid） fout，oss_priorityinterrupt，“tbulkclnt”，&bulktaskid），创建一个任务，管理优盘的插入和移出。
其中bulkcliemthread例程调用pbulkblkdev=（blk_dev*）usbbulkblkdevcreate （bulknodeld，null，null，usb_scsi_flag_read_writel0）;安装usb设备。 调用pbulkdosvol=dosfsdevinit（“/ud0/”，pbutkblkdev，null）;安装dos文件系统。
（4）从优盘加载映像文件的函数
设计usbdload（），实现映像文件vxworks从优盘设备加载。usbdload（）函数主要包括以下语句：
修改bootconfig.c文件中的bootload函数，加入对从优盘启动的支持。主要加入以下语句：
重新编译、链接生成新的bootrom.hex，烧录到板子上的flash中，将vxworks映像文件拷贝到优盘上，将优盘插入到嵌入式主机的usb接口上。在启动的过程中，系统会自动装载优盘的vxworks系统映像文件，实现基于vxworks的嵌入式实时系统优盘启动。
3 总 结
在基于mpc860和vxworks设计的嵌入式实验板上可实现嵌入式实时系统从优盘的启动。当然，在实际应用中还可以将嵌入式实时系统采集到的数据保存到优盘上，这样能方便地实现嵌入式设备和pc机设备资源的共享。
Xilinx全新UltraScale架构介绍
机器视觉与plc信号如何对接？
小米手机终极杀手锏 小米5C还有这张王牌让小米更加便宜？
圆针和正反三角形切割针刃口锋利度测试仪
片式电感器的优势有哪些
实现嵌入式实时系统从优盘启动的可行性探析
村民普法课堂：多媒体助力乡村普法宣传
2019年中国工业互联网平台概述、简述及研究报告！
国芯思辰｜可替换上海贝岭BL8023D的国产大电流双向继电器驱动芯片CN8023，典型静态电流10nA
KONICAMINOLTA柯尼卡美能达CA-410色彩分析仪
机器人技术基础系列：规划与导航
铝电解电容制作过程和铝电解电容寿命计算原理解析
索尼PS4版游戏成为亚马逊与日本的畅销商品
未来LED显示不只是一个产品，而会是一个应用！
iPhone13新品发布_iPhone12价格直降千元
PCB设计中的DVI布线技巧
我国锂硫电池技术获新突破
区块链技术将重新定义资本市场
MAX6969 16端口、5.5V恒流LED驱动器(含应用电
e络盟为关键应用领域推出最新的创新半导体工具及开发套件