嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别。PC上用到的硬件，嵌入式Linux几乎都支持。Linux上各种硬件的驱动程序源代码都可以得到，为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。这里我们就对在嵌入式Linux平台上进行USB主机控制器的软、硬件设计做一个简单介绍。

主动识别USB

目前，大部分的嵌入式产品都具有USB 接口功能，但实际指的是下位机的功能，不具备主动识别USB设备，更不能对其进行控制和读写等操作，这也是美中不足的地方。比如在一个工业数据采集的领域中，由于便携式嵌入设备的存储容量一般非常有限，经常需要使用USB优盘作为数据存储的载体。

这就要在项目中实现一个嵌入式的USB主机来采集数据，并且把数据存储到优盘中。这里，这个USB主机只需具有控制读写功能就行了，不必实现外设的功能，因为它根本不用连接到PC。用户的需求呼唤USB主机实现嵌入式化，也就是开发和设计嵌入式的USB主机。

移动数据交换和存储，是近年来信息技术行业的热点。如今，各式各样的移动存储设备有如雨后春笋般出现。它们从最早的存储量为几KB、能存储用户个人信息的USB小钥匙，到容量可与PC硬盘媲美的USB活动硬盘，再到以Flash作为存储介质的USB闪盘和优盘，直到今天大量的PC外设和多媒体家电中大量使用的数据存储器。

同时，我们也应注意到：移动数据交换业，是伴随着通用串行总线（Universal Serial Bus，简称为USB）的成熟而兴起的。USB既是数据交换的媒介，又是其核心。可以说，没有USB，就不会有移动数据业务如此迅猛地发展。

从USB问世，从1.1到协议规范2.0版本再到目前的USB OTG(On-The-Go)，USB在不断自我完善，并走向成熟。厂商对于USB的硬件和软件支持的也越来越完备。现在开发一个USB外设产品，所需要投入的成本和时间大大降低了。

随着USB应用领域的逐渐扩大，对于USB的期望也越来越高。希望USB能应用在各种计算机领域中，尤其是在移动数据领域中；希望能通过PDA等移动设备直接和USB外设通信，使得USB能应用在没有PC的领域中。

USB的拓扑结构中居于核心地位的是Host（也称为主机）。任何一次USB的数据传输都必须由主机来发起和控制，所有的USB外设都只能和主机建立连接，任何两个外设之间或是两个主机之间无法直接通信。而目前，大量的扮演主机角色的是个人电脑PC。

因此，我们目前所买到和使用的USB移动设备，都是USB的外设，比如USB的移动硬盘、USB接口的数码相机等。所有这些设备都只能在PC上使用，只能通过PC来进行相互的文件和数据交换。这正是USB的弱点。

数码相机和MP3播放器等类似的产品都是作为USB的外设。现在的技术条件下，我们只能通过PC作为数码文件的中介。我们首先是把数码相机连接到PC上，并且安装相应的驱动程序和用户界面，把数码相机存储盘上的内容复制到PC硬盘上。然后，把USB打印机连接到PC。最后，再把照片打印出来。整个过程，很复杂，更是不方便。

有了嵌入式的USB主机，就不需要PC的介入。这里，需要做的就是在MP3播放器、数码相机里嵌入USB主模块，使其由传统的USB外设成为USB主机。这样，这些嵌入式的主机就可以直接和移动硬盘、打印机等USB的外设连接，实现所需的功能。
USB 主机设计

传统意义的USB开发，仅仅是对USB外设的开发。USB底层驱动程序和USB主控制器驱动程序都由Windows等操作系统提供。有关这些驱动程序的细节过程都蒙着一层神秘的面纱。所以，要设计USB 主机，就须设计这两部分驱动程序，Windows源码不公开，这些细节资料就无从得到。但是，嵌入式Linux 操作系统具有得天独厚的条件。

当然，目前并不是所有版本的嵌入式Linux（如uCLinux）都支持USB设备。是否支持USB设备是由Linux核心决定的。因此，嵌入式Linux操作系统采用什么版本的核心就成为是否支持USB设备的关键。一般而言，Release版的2.2.XX及以前的版本都不支持USB设备，2.4.XX及以后的版本都加入了对USB设备的支持。因此，在做开发之前应该将内核升级为2.4.10或以上版本。

USB设备是通过USB总线连接到USB主机上。主机通过与设备相连的逻辑通道与设备进行通信。在通信过程中，USB主机充当数据流的源端或者目的端。在USB系统设计中，USB主机接口的设计一直是其难点所在。

USB主机控制器完成了主机与设备之间的电气和协议层的匹配，主要包括以下功能：串并转换、帧起始、数据处理、协议使用、传输错误处理、远程唤醒、根Hub、主机系统接口等。

在嵌入式Linux平台上进行USB主机开发所需开发环境：

1.开发主机：Linux系统，开发主机上还装有目标系统上运行的uCLinux操作系统和应用软件的所有源代码，以及编译、调试这些源代码所需的工具软件。

2.目标系统：嵌入式Linux系统及其电路板。

下面简要介绍一下USB 主接口的软硬件设计：

USB Host接口的硬件设计

USB总线与计算机系统的接口部分就是主机控制器。它可以被看作一个硬件、固件和软件的综合体。USB主机与设备之间的通信最终都将通过USB主机控制器和USB设备的总线接口之间相连的电缆进行，任何一个输出请求都是由主机控制器组织成包的形式发往总线的。

USB总线中只有一个主机，它是USB树形结构的根，通过一个根Hub来提供一个或多个连接点，从它分发连接着各个USB设备。USB主机控制器硬件接口设计的目的是在嵌入式Linux系统开发板上增加一个USB Host接口，使其能够作为USB主机与各种USB Slave设备进行通讯。

硬件上首先要选择支持USB主机的接口芯片。现在比较成熟的有Cypress公司的SL811HS和Philips公司的ISP1161。并且选用一款合适的MCU和MPU来控制。这款MCU的选用比较讲究。因为，整个USB协议框架是非常复杂的。那么这就需要MCU具有足够的RAM，用以处理大量的数据缓冲区、大量的变量、数据存储等。8KB的RAM是最基本的要求，而且越大越好。

其次系统要有大量的程序存储区，一般Flash的需求大概在10KB～60KB左右。之所以有如此大的范围，是因为USB定义很多的类，用以支持不同类型的USB外设。每一类就有其不同的驱动程序，因此，设计的嵌入式USB主机支持的类越多，那么需要的程序空间就越大。

例如，要实现Mass Storage类就需要10K所有的Flash空间。本人推荐USB Host接口芯片选用Scanlogic公司的SL811HS/T。这是市场上为数不多的，既能用作Host模式又能用作Slave模式的，具有标准微处理器总线接口USB控制芯片，它适合于非PC设备。在Host模式下，它支持嵌入式主机与USB外围设备的通信；在Slave模式下，可以作为主机的一个外设。

固件方面，就是要实现完整的USB主机协议类，包括设备的上电检测、设备重起、分配地址、读取设备的各种描述符等基本的操作，更重要的是要实现每一类USB设备的协议栈。简单来说，每一类设备的协议栈就是一个特定的驱动程序。传统的做法，我们是在PC上使用WDM来编制驱动程序。这里，在嵌入式系统的开发环境里就要像开发嵌入式的软件一样，可以用C语言、汇编语言等来实现。

USB Host接口的软件设计

在Linux操作系统中，驱动程序的加载方式为：

1．将驱动程序作为可加载的模块，在系统超级用户(Root)权限下使用insmod命令动态加载，使之成为系统核心的一部分。对于USB设备而言，由于可热插拔，一般采用模块化的设备驱动程序。USB主机控制器驱动程序一般也采用这种方法。

2．将设备驱动程序的源代码加进系统核心，系统启动后自动加载驱动。USB协议栈程序一般采用这种方法加入内核，进而产生一个叫做USB核心的子系统。这个子系统提供了许多数据结构、宏定义、功能函数和应用程序接口(API)来对硬件或设备进行支持。

完成驱动程序后，要进行系统配置 ，通常步骤如下：

1．编写Makefile文件。

2．增加设备文件。因为USB设备主要都是通过快速串行通讯来读写数据，故一般作为字符设备。

3．在目标系统上插入驱动程序模块到内核。编译完成后，驱动程序作为一个模块动态加入到uCLinux内核中。至此，USB主机控制器的软件设计完成。这个嵌入式的USB主机能够具有同装有Windows 操作系统的PC一样的功能；能够直接对USB的移动存储设备进行读取；能够自动识别设备并把设备配置为标准的磁盘驱动器；能够直接进行文件的读取、格式化等一系列操作。

为了通用，可以选用朗科公司的USB优盘作为外设。目前整个系统可以直接对优盘进行操作，读取优盘中的文件、写文件到优盘中等。可以在嵌入式Linux平台上运行USB主机，作为嵌入式设备与USB Slave设备进行通信。

小结

我们对在嵌入式Linux平台上进行USB主机控制器的软、硬件设计做了简单的介绍。设计的重点和难点主要在于主机控制器芯片的驱动程序开发，但作为开放系统，在Linux上开发设备驱动程序有着其它嵌入式系统不可比拟的优势，大量的开放源码无疑可以加速开发的进程并使得其应用更加的广泛。因此，USB作为一种新型的高速外设总线，在嵌入式Linux领域必定有着广阔的应用前景

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