基於ARM11的嵌入式Linux NAND FLASH模擬U盤掛載分析與實現

2021-01-09 電子產品世界

摘要：介紹了嵌入式Linux作業系統下基於三星微處理器S3C6410的NAND FLASH模擬U盤的原理與實現方法。作業系統採用Linux 2．6．28版本，平臺為飛凌OK6410-A開發板。採用的方案是通過添加一個512 MB的NAND FLASH分區空間，配置Linux系統USB Gadget功能，實現劃分出的512 MB的NAND FLASH空間以U盤存儲系統與PC機通信。該方案的文獻目前在國內外同等作業系統版本和平臺上並無先例。通過上述方案成功地實現了S3C6410開發板劃分出512 MB的NAND FLASH空間以U盤形式掛載到了PC機上，實現與PC機的信息交換。
關鍵詞：ARM11；模擬U盤；Linux；S3C6410

0 引言
現階段嵌入式產品作為U盤掛載到PC機上在各類電子產品中被越來越多的應用，Linux作業系統在電子產品中的應用也越來越廣泛，但是Linux中模擬U盤掛載到PC機中，與PC機上通用Windows的通信還很好的達到實現。本文基於ARM11體系結構的處理器，實現了Linux系統下NAND FLASH模擬U盤掛載到PC機上與Windows進行通信。並在飛凌的OK6410-A板上得到驗證，實現了該功能。
目前國內嵌入式產品多用ARM9體系結構，ARM11則用於高端電子產品，NAND FLASH模擬U盤的掛載技術雖然在電子產品中廣泛應用，但是對於以新起的Linux作業系統的高端電子產品，這項技術還鮮少以文獻的形式得以系統闡述，國內長春大學張偉等人在這方面做過研究，但是他們是基於ARM9體系，本文基於ARM9在ARM11體系結構的處理器上做了新的研究和應用。
現階段有3類方式可以實現模擬U盤的功能，虛擬vfat．ing模擬U盤掛載，SD卡模擬U盤掛載，NAND FLASH模擬U盤掛載。NAND FLASH由於其大容量和高性價比，往往更加流行。本文是通過NAND FLASH實現模擬U盤的掛載的。

1 NAND FLASH模擬U盤原理分析
嵌入式產品模擬U盤與PC通信是現代嵌入式產品所廣泛應用的一種技術，因此在實現Linux下NAND FLASH模擬U盤之前先要對Linux下NAND
FLASH模擬U盤的原理進行分析。Linux下對模擬U盤存儲設備的支持就是Linux-USB Gadget驅動的加載，該驅動框架實現了USB協議定義的設備端的軟體功能。
1．1 Linux-Gadget框架
Linux系統中Gadget驅動層序框架分為3層：Gadget驅動層；Gadget API層；UDC層。Gadget驅動層實現實現不同的USB功能，例如「USB網卡」、「U盤」、「印表機」等。Gadget API層，為Gadget提供的一套標準API，由底層USB設備控制器(USB Device Controller，UDC)實現這套API，Gadget驅動通過調用這些API實現與UDC通信。UDC是片上系統(SoC)的一部分，不同的UDC需要不同的驅動，同樣的UDC不同板子代碼也不一樣，這一層為平臺相關層，直接訪問訪問硬體，並向上層提供與硬體相關操作的回調函數。Gadget驅動框架原理圖如圖1所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/148060.htm


UDC層中usb_gadget和usb_ep為2個描述結構體，分別描述UDC和端點，Gadget API通過這兩個結構實現對UDC的控制。usb_gadget_ops和usb_ep_ops為函數集結構體，其主要功能是實現與硬體的交互並實現返回給上層Gadget API所需信息的功能。usb_gadget_register_driver和usb_gadget_unregister_driver為Gadget框架提供的標準API，是驅動層序的註冊函數，由UDC層提供，之所以不是通過Gadget API層實現的原因是，用於將Gadget驅動程序綁定到UDC。xxx_udc_irq是UDC設備的中斷處理函數，處理設備及其端點的中斷請求。
Gadget API層為Gadget定義的一組標準API接口函數，並向上提供編程接口，這一層的存在實現了將下層UDC驅動和上層Gadget驅動程序的隔離，使得Linux系統中編寫USB設備側驅動程序時能夠把功能的實現和底層通信分離。
Gadget驅動程序使用usb_gadget_driver結構體描述，實現將Gadget驅動與下層設備控制器相關聯，並開啟設備功能。

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