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USB设备协议栈的设计与实现.pdf

时间:2017-07-27 15:50来源:USB开发群 作者:USB开发频道 点击:

  

文档介绍:
华中科技大学硕士学位论文
摘要
随着 USB 的普及和嵌入式技术的发展,嵌入式系统对 USB 的需求不断增长。
在此背景下,本文针对嵌入式系统设计了 USB 设备协议栈,并在搭载 NXP LPC2478
微控制器(ARM7TMDI-S 内核)的评估板上得到了实现。
本文设计和实现的 USB 设备协议栈采用的是一种开放的层次结构和模块结构。
协议栈从下至上由 3 个层次组成,依次是硬件层、协议层和应用层。硬件层主要负
责对 USB 设备控制器的硬件进行操作,包括硬件初始化和 USB 数据包的收发等;
协议层处理 USB 规范中定义的与 USB 设备相关的所有操作,包括总线枚举、地址
分配、配置、电源管理和各种请求处理等;应用层则为用户提供了应用程序接口,
使用户可以通过这些接口函数完成实际应用。这 3 个层次通过特殊的层间接口联系
在一起,形成完整的 USB 设备协议栈软件构架;各层次可以根据特定的硬件环境或
应用环境而重新实现,以提高协议栈的可移植性;同时协议栈预留了各类扩展接口,
方面用户扩展功能所用。
为了对协议栈进行验证,本文在 LPC2478 评估板上实现了 3 个典型的 USB 类,
分别是通讯设备类(USBCDC) 、大容量存储类(USBMSC) 以及测试与测量类 copyright dedecms
(USBTMC)。USBCDC 类的实现将设备模拟成一个 USB 虚拟串口,使上位机可以通
过串口调试工具与其进行数据收发。USBMSC 类实现了一个可移动磁盘,使上位机
可以像操作普通 U 盘一样对其进行操作。USBTMC 类的实现则使得设备可以与 NI
的 MAX (Measurement & Automation Explorer)软件进行基本通讯。

关键词:嵌入式,USB,通讯设备类,大容量存储类,测试与测量类


I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
With the popularity of USB and the development of embedded technology, the
demand of USB in embedded system is increasing continuously. Under this background,
this thesis designs a USB device stack for embedded system, and makes it implemented
in demo board carrying NXP LPC2478 microcontroller (ARM7TDMI-S core).
The USB device stack of this thesis adopts an open hierarchical structure and module
structure. There are 3 layers, namely hardware layer, protocol layer and application layer,
composing the stack from the bottom up. The hardware layer is responsible for hardware dedecms.com
operation of USB device controller, including hardware initialization and USB packet
transfer. The protocol layer processes everything defined in USB specification, such as
bus enumeration, address assignment, configuration, power management, and all kinds of
request handling. The application layer provides application program interfaces for users,
making them be able to develop their own applications by calling these APIs. These 3
layers link together by special interfaces between layers, and finally plete
software architecture of USB device stack. Each layer can be refractored according to
particular hardware environment or application environment, so as to improve the
portability of the stack. Further more, there are all kinds of expansion interface, being
used for expanding function.
To test and verify the stack, this thesis realizes 3 typical USB classes, being listed as
Communication Device Class (USBCDC), Mass Storage Class (USBMSC), and Test and

copyright dedecms

Measurement Class (USBTMC). The implementation of USBCDC simulates the device
as a USB virtual serial port so that a puter can transmit/receive data with it
through serial debugging tools. USBMSC realizes a removable disk, enabling a host
computer to operate it freely like operating mon USB flash disk. And USBTMC
makes it possible for the device municate with NI MAX (Measurement &
Automation Explorer).

Key Words: Embedded System, USB, USBCDC, USBMSC, USBTMC
II
独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工

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