引 言

隨著USB技術的發展，優盤在PC機系統上已得到廣泛的應用，基本上取代了軟盤，PC機系統可以實現從優盤啟動。由于優盤性能穩定，體積小巧，訪問速度快，因此它也非常適合作為嵌入式實時系統的存儲設備。這為嵌入式實時系統的啟動提供了一種嶄新的思路，即從優盤啟動。這種方法對嵌入式實時系統板上的程序存儲空間要求不高，只要在Flash中存儲嵌入式實時系統的Bootrom程序即可，將系統的映像文件放在優盤上，實現實時操作系統從優盤加載。

目前基于VxWorks設計的嵌入式實時系統應用非常廣泛。嵌入式實時系統的啟動方式多種多樣，WindRiver公司提供的參考BSP（Board support Package）包中就提供了幾種啟動方法。另外在參考文獻［2］中，作者也提出了幾種基于VxWorks的嵌入式系統的啟動方法。這些方法可根據具體的應用需求，適當選取。筆者在開發CableModem時也都曾實現過這些方法。這些方法存在的共同問題是：雖然能更新板載程序存儲器中的映像文件，但由于程序存儲器一旦設計后就無法再擴展其存儲空間;而在實際應用中，由于嵌入式系統功能的增強，系統映像文件的體積會不斷增大，會出現超過目標板的程序存儲空間的問題，從而使得新的映像文件無法燒錄到目標板中。

嵌入式實時系統從優盤啟動的顯著優點主要表現在：更新系統映象文件方便（替換優盤中的影像文件即可，無需重新燒錄）;啟動快速（USB接口傳輸速度快），可適用于多種實時操作系統（保存在優盤中的映像文件也可以是使用其他嵌入式實時操作系統，如PSOS、Nuclues等開發生成的）;對系統的Flash存儲容量要求小（Flash中主要存儲Bootrom程序，而系統映像文件保存在優盤中）。

本文給出了實現嵌入式實時系統優盤啟動的嵌入式主機硬件結構、軟件協議棧以及主要程序流程，探討了實現嵌入式實時系統從優盤啟動的可行性。

1 嵌入式USB主控制器的硬件結構及驅動

嵌入式系統是軟硬件緊密結合的系統。要實現從優盤啟動，硬件上必須在嵌入式微處理器外圍添加USBHOST主控制器;在軟件上必須設計主控制器驅動程序 （HCD）、USB驅動程序、USB Client驅動程序以及應用程序。

1.1 嵌入式USB主機硬件結構

嵌入式USB主機硬件結構比較簡單，只是在嵌入式微處理器外部加上USB主控芯片即可。在本項目中，嵌入式微處理器采用的是Motorola公司的MPC860T，USB主控制芯片采用的是SL811HS芯片。SL81lHS芯片是Cypress公司生產的、可支持全速數據傳輸的USB控制芯片，芯片內含USB主，主/從控制器，支持全速（full speed）/低速（low speed）數據傳輸，并能自動識別全速或低速設備。SL811HS所提供的接口遵從USBl.1標準。關于SL811HS更詳細的使用方法請見參考文獻［3］。使用SL811HS作為嵌入式USB主機控制器的系統硬件結構如圖1所示。

1.2 嵌入式USB主機上的軟件結構

從參考文獻［4］可知，嵌入式主機要實現對其USB外設操作，必須有圖2所示的3個軟件結構層次：USB主控制器驅動器（HCD）、USB主驅動器（USBD）、USB沒備驅動器。

在協議棧的最底部是USB主控制器USB HC（USBHost Controller），這是主系統中控制每一個USB設備的硬件部分。口前主要有兩大類USB主控制器：一種是通用主控制器接口UHCI（Universal Host Controller Inter-face），另一種是開放主控制器接口OHCI（Open HostController Interface）。硬件廠商一般根據這兩個規范設計USB主控制器。對于每一類型的主控制器都有一個與硬件獨立的USB主控制器驅動器HCD（Host ControllerDriver）。WindRiver公司提供了兩類驅動：usbHedUhciLib（UHCl主控制器庫）和usbHcdOhciLib（OHCI主控制器庫）。

USB主驅動器USBD（USB host Driver）和HCD之間的接口允許一個或超過一個的底層主控制器，而且WindRiver公司的USBD能夠同時連接多個USB HCD。這樣的設計特點可以使開發者建立復雜的USB系統。USBD是在HCD之上的與硬件獨立的模塊。USBD管理每一個與主機相連的USBD設備，向更高層次提供了可與USBD設備通信的路徑。它還負責自動處理USBD電力管理以及USBD帶寬管理;而且，USBD還管理USBHub。Hub能否正確工作，是對USBD進行評價的標準之一，因此WindRiver公司的USBD設計者要使USBD透明地實現Huh的功能。這意味著USBD還能處理USBHub和設備的動態插拔。

USB客戶模塊在USBD主驅動協議棧的頂端。USB類驅動（USB Class Driver）是Client模塊的典型例子。USBD類驅動負責管理連接到USBD上的不同類型的設備，它們依靠USBD提供與每個設備的通信路徑。USBClient模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設備通信的應用程序。

2 嵌入式實時系統優盤啟動軟件程序設計

為實現對優盤的操作，在基于VxWorks設計的嵌入式實時系統中，需要設計的程序包括：USB主控制器驅動器、USBD主驅動器、USB塊存儲設備驅動程序、文件系統的安裝以及應用程序通過文件系統讀寫優盤設備程序等，如圖3所示。故要實現從優盤啟動，需要在bootConfig..c文件中的usrRoot函數巾添加4個函數。

（1）初始化USB主控制器的函數

初始化HCD（USB Host Controler Driver）函數，即初始化SL81lHS并將其連接到指定總線上：LOCAL int fn-cAttach（pHRB_ATTACH pHrb）。

該函數詞用SL811Init（）初始化SL811控制芯片。執行函數taskSpawn（“tSl81lint”，0，0，0x4000，（FUNCPTR）intThread，（int）pHost，0，0，0，0，0，0。0，0，O），創建intThread任務對發生的中斷作出處理。

這里的intTbaead調用OSS_SEM_TAKE（pHost-》in-tPendi

ng，interval）阻塞，與中斷服務程序intHandle同步。

調用函數processSl811hInterrupt（）處理硬件中斷，讀取中斷狀態寄存器判斷中斷類型。

調用UHC_INT_CONNECT（pHost，intHandler，pHost，&s）函數連接SL811主控制器芯片中斷。UHC_INT_CONNECT是一個宏定義。

函數intHandler完成對中斷的處理，調用函數OSS_SEM_GIVE（pHost-》imPending），釋放用于中斷和任務之間同步的二進制信號量。

（2）初始化USBD的函數

函數usbdInitialize（）初始化內部USBD數據結構，并依次調用其他USB驅動棧模塊的入口。

函數usbdlnitialize（）調用usbdHcdAttach（execFunc，&s1811IOCfg，pToken）把HCD連接到USBD上。這里的execFunc就是函數usbHcdSl811hExee（）。

函數usbdInitialize（）調用USBEnumerate（USBD_CLIENT_HANDLE clientHandle，FILE*fout）列舉所有連接到系統上的USB主控制器、Hub和USB設備。

（3）初始化USB存儲設備的函數

函數usbBulkDevInit（）完成USB盤的初始化并安裝DOS文件系統。

函數usbBulkDevlnit調用函數usbdClientRegister（“BULK_CLASS”，&usbdHandle）及函數usbdDynamicAt-tachRegister（usbdHandle，USB_CLASS_MASS_STORAGE，USB_SUBCLASS_SCSLCOMMAND_SET，USB_INTERFACE_PROTOCOL_BULK_ONLY，usbBulkDc-vAttachCallback），建立同USB的連接，注冊回調例程。

函數usbBulkDevlnit調用函數OSS_THREAI）_CRE-ATE（bulkClientThread，（pVOID） fout，OSS_PRIORITYINTERRUPT，“tBulkClnt”，&bulkTaskId），創建一個任務，管理優盤的插入和移出。

其中bulkCliemThread例程調用pBulkBlkDev=（BLK_DEV*）usbBulkBlkDevCreate （bulkNodeld，NULL，NULL，USB_SCSI_FLAG_READ_WRITEl0）;安裝USB設備。 調用pBulkDosVol=dosFsDevInit（“/ud0/”，pButkBlkDev，NULL）;安裝DOS文件系統。

（4）從優盤加載映像文件的函數

設計USBDLoad（），實現映像文件VxWorks從優盤設備加載。USBDLoad（）函數主要包括以下語句：

修改bootConfig.c文件中的bootLoad函數，加入對從優盤啟動的支持。主要加入以下語句：

重新編譯、鏈接生成新的bootrom.hex，燒錄到板子上的Flash中，將VxWorks映像文件拷貝到優盤上，將優盤插入到嵌入式主機的USB接口上。在啟動的過程中，系統會自動裝載優盤的VxWorks系統映像文件，實現基于VxWorks的嵌入式實時系統優盤啟動。

3 總 結

在基于MPC860和VxWorks設計的嵌入式實驗板上可實現嵌入式實時系統從優盤的啟動。當然，在實際應用中還可以將嵌入式實時系統采集到的數據保存到優盤上，這樣能方便地實現嵌入式設備和PC機設備資源的共享。