基于嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)研究

陳瀟　芮敏華

摘要：在嵌入式操作系統(tǒng)中，開發(fā)一種支持智能設(shè)備與主機(jī)之間通過USB設(shè)備驅(qū)動控制程序，可以滿足嵌入式操作系統(tǒng)的控制和通信需求。基于嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序，能夠快速便捷的建立操作系統(tǒng)主機(jī)和智能設(shè)備之間的連接，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩€(wěn)定。因此，本文主要基于嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)進(jìn)行研究，旨在通過對USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)細(xì)節(jié)和注意點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述，為嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)和驗(yàn)證提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng)? USB? 設(shè)備驅(qū)動? 程序開發(fā)

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)在航空、電子消費(fèi)、通信等領(lǐng)域的運(yùn)用也越來越廣泛。借助于嵌入式操作系統(tǒng)具備功能成熟，技術(shù)完善等特點(diǎn)，在程序的開發(fā)中往往 可以有效的縮短開發(fā)周期，從而有效降低成本，也能夠保證程序的開發(fā)品質(zhì)。

1 嵌入式操作系統(tǒng)USB設(shè)備工作原理

嵌入式操作系統(tǒng)下的USB設(shè)備主機(jī)的工作原理為利用通用串線來實(shí)現(xiàn)電腦與外部智能設(shè)備的連接。嵌入式操作系統(tǒng)USB設(shè)備能夠管理數(shù)據(jù)流從設(shè)備傳輸?shù)経SB設(shè)備之間的切換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)行、喚醒、復(fù)位以及掛斷等工作狀態(tài)。USB設(shè)備連接到電腦設(shè)備主機(jī)，通過USB設(shè)備驅(qū)動程序的識別，進(jìn)行相應(yīng)的工作狀態(tài)改變，并保證設(shè)備的連接。嵌入式操作系統(tǒng)下的USB 設(shè)備驅(qū)動能夠通過機(jī)的驅(qū)動程序向設(shè)備發(fā)送中心復(fù)位信號，保證設(shè)備處于默認(rèn)狀態(tài);同樣驅(qū)動程序讓主機(jī)為連接設(shè)備分配一個地址，確保主機(jī)通過USB了解連接設(shè)備的能力，通過設(shè)備驅(qū)動程序獲取相應(yīng)的描述符，確保主機(jī)的驅(qū)動能否支持當(dāng)前的設(shè)備數(shù)據(jù)連接。

2 嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)用意義

在USB設(shè)備驅(qū)動程序的開采中，運(yùn)用嵌入式操作系統(tǒng)，往往能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的功能性和可靠性提高以及成本功耗降低的應(yīng)用價值。嵌入式操作系統(tǒng)主要運(yùn)用以程序應(yīng)用為核心，通過計算機(jī)技術(shù)為設(shè)計基礎(chǔ)，讓計算機(jī)軟件和硬件能夠進(jìn)行更新?lián)Q代的專用計算機(jī)操作系統(tǒng)。由于嵌入式操作系統(tǒng)往往具備較小的體型，容易攜帶，在運(yùn)用上具備一定的專用性，可靠性較高等特點(diǎn)，在工業(yè)和信息管理上具備較高的應(yīng)用價值。同樣嵌入式操作系統(tǒng)往往能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)管理交叉的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)微控制的便捷性。在USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)中，運(yùn)用嵌入式操作系統(tǒng)能夠確保USB設(shè)備具備實(shí)用性和低成本生產(chǎn)性，同樣也能夠克服傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)能力不足和更新較慢以及控制系統(tǒng)的非實(shí)時性的多種缺點(diǎn)。因此在USB驅(qū)動程序的開發(fā)中運(yùn)用嵌入式操作系統(tǒng)顯得尤為重要。

3 USB設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)

3.1程序構(gòu)建框架

在嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)中，需要構(gòu)建程序框架。程序構(gòu)建框架需要有主機(jī)堆棧、驅(qū)動程序和設(shè)備驅(qū)動程序以及應(yīng)用軟件構(gòu)成。主機(jī)堆棧包括總線驅(qū)動程序和主機(jī)控制驅(qū)動程序以及客戶軟件構(gòu)成，客戶軟件是應(yīng)用代碼，總線驅(qū)動程序是保證設(shè)備與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，控制驅(qū)動程序是輔助數(shù)據(jù)控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

3.2驅(qū)動程序的開發(fā)設(shè)計

在嵌入式操作系統(tǒng)的USB 設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)中，為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的需求多樣化和工作穩(wěn)定安全，可以利用VI5系列芯片來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集處理和通信功能確保數(shù)據(jù)在設(shè)備與主機(jī)之間高速和實(shí)時傳輸。

在驅(qū)動程序的構(gòu)建框架下，嵌入式操作系統(tǒng)可以利用C語言實(shí)現(xiàn)程序編程語言，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備書籍的初始化和數(shù)據(jù)傳輸功能。同樣在驅(qū)動控制程序的調(diào)用中需要不同模塊之間的使用。

在驅(qū)動程序的各個模塊實(shí)現(xiàn)中，需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備查找階段和詳細(xì)信息獲取階段。設(shè)備查找階段主要完成USB庫的打開和設(shè)備數(shù)量和基本簡單信息的獲取。詳細(xì)信息獲取階段根據(jù)調(diào)用者在設(shè)備查找階段后，選擇的設(shè)備獲取設(shè)備的詳細(xì)信息。其中設(shè)備查找階段提供接口函dev_ num_ get（）。在初始化的過程中，首先調(diào)用QT的監(jiān)聽函數(shù)對USB設(shè)備進(jìn)行檢測，調(diào)用cyusb_ open（）函數(shù)獲取當(dāng)前設(shè)備數(shù)量，初始化庫并且構(gòu)建設(shè)備的專用信息結(jié)構(gòu)體。根據(jù)所檢測到的USB設(shè)備數(shù)量，依次調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)獲取設(shè)備的句柄將所需信息通過接口參數(shù)返回給調(diào)用程序。詳細(xì)信息獲取階段主要設(shè)置接口函數(shù)select_ dev_ info（）。分別調(diào)用和 獲取設(shè)備信息和設(shè)備配置信息，函數(shù)內(nèi)對設(shè)備信息的獲取直接調(diào)用信息函數(shù)和配置函數(shù)，將獲取的信息存入對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體內(nèi)，整體的設(shè)備初始化過程時序圖中。

基于嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的讀寫模塊。實(shí)現(xiàn)下讀寫模塊分為固件寫操作和數(shù)據(jù)寫操作，對固件程序文件和數(shù)據(jù)文件采用文件操作的方式打開，對打開的過程要進(jìn)行檢查.。用多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，分別設(shè)計發(fā)送和接收線程，每進(jìn)行一次寫操作將寫入的數(shù)據(jù)在界面上實(shí)時顯示，并接收一次返回的數(shù)據(jù)，根據(jù)返回的消息值確認(rèn)數(shù)據(jù)是否寫入成功。對設(shè)備驅(qū)動程序返回的錯誤信息值存入對應(yīng)控件的字符串，最終在界面上顯示，從而確保去對程序得以實(shí)現(xiàn)。

3.3 USB設(shè)備驅(qū)動程序功能實(shí)現(xiàn)

在基于嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的功能實(shí)現(xiàn)中，需要完成USB設(shè)備系統(tǒng)的內(nèi)存分配，確保驅(qū)動程序的操作系統(tǒng)能夠?qū)SB進(jìn)行具體的類型注冊，通過調(diào)用函數(shù)進(jìn)行USB類的結(jié)構(gòu)注冊，確保USB 設(shè)備注冊的結(jié)構(gòu)覆蓋名稱、狀態(tài)和接口、配置、函數(shù)等相關(guān)信息。同樣在USB設(shè)備的初始化中，需要運(yùn)用驅(qū)動程序來確保USB 設(shè)備在嵌入式操作系統(tǒng)下能夠進(jìn)行相應(yīng)的操作，完成內(nèi)存的分配和模式的選擇以及配置的操作等相關(guān)情況。在數(shù)據(jù)傳輸中，USB 設(shè)備的驅(qū)動程序能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接受，需求端點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出處理。通過對USB設(shè)備驅(qū)動程序的詳細(xì)功能定義，確保USB設(shè)備的功能能夠在類協(xié)議下實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的所有屬性和功能的實(shí)現(xiàn)，因此在嵌入式操作系統(tǒng)下的USB 設(shè)備驅(qū)動呈現(xiàn)能夠配置相應(yīng)的描述符，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備驅(qū)動呈現(xiàn)的功能實(shí)現(xiàn)。

3.4 USB設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)測試

在嵌入式操作系統(tǒng)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的系統(tǒng)測試中，需要對USB設(shè)備驅(qū)動程序靖邊縣防護(hù)測試與修改，確保USB設(shè)備的驅(qū)動程序能夠?qū)崿F(xiàn)其功能的穩(wěn)定性。同樣在USB設(shè)備驅(qū)動程序系統(tǒng)的測試中，需要運(yùn)用CDC-ACM類來實(shí)現(xiàn)，確保在嵌入式操作系統(tǒng)下的USB設(shè)備驅(qū)動程序能夠?qū)崿F(xiàn)與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，確保反復(fù)測試下的驅(qū)動程序具備穩(wěn)定性高和安全性強(qiáng)的特點(diǎn)。同樣借助于嵌入式操作系統(tǒng)具備功能成熟，技術(shù)完善等特點(diǎn)，在USB設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)中往往可以有效的縮短開發(fā)周期，從而有效降低成本，也能夠保證驅(qū)動程序的開發(fā)品質(zhì)。

4 結(jié)束語

由此可見，在嵌入式操作系統(tǒng)的USB 設(shè)備驅(qū)動程序中，需要對驅(qū)動程序的工業(yè)控制和訪問控制進(jìn)行創(chuàng)新，確保開發(fā)實(shí)現(xiàn)下的USB設(shè)備驅(qū)動程序能夠適用于通信網(wǎng)關(guān)、和協(xié)議轉(zhuǎn)換器等多種類型的應(yīng)用。確保開發(fā)下的USB設(shè)備能更快更便捷的反應(yīng)相關(guān)的數(shù)據(jù)連接和傳輸，讓嵌入式操作系統(tǒng)的USB 設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)能夠具備更高的傳輸安全性和兼容性，保證驅(qū)動程序能夠在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

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