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基于μCLinux的USB芯片FT245BL驱动程序实现

作者:时间:2011-09-14来源:网络收藏

0 引 言
μClinux是针对嵌入式控制领域的操作系统,它继承了Linux内核的绝大部分特性,专为没有内存管理单元MMU的嵌入式微处理器而设计。它内核小,效率高,源代码开放,包含了完整的TCP/IP网络协议。ADSP-BF533是ADI公司Blackfin系列的高速数字信号处理器。Blackfin系列是ADI与Intel联合开发的体现高性能体系结构的首款第四代DSP产品,16位定点DSP内核,新型指令结构,支持C/C++编程,主频达600 MHz,内核电压1.2 V,具有动态电源管理能力,功耗低,扩展能力强,被广泛应用于各种信号处理。
这里使用Blackfin ADSP-BF533微处理器的μClinux开发板,在对外通信时需用到接口。结合实际情况,选择FTDI公司推出的。主要介绍的工作原理和电路设计,以及如何在μClinux操作系统下编写和添加其的方法。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/150214.htm


1 工作原理与电路设计
传统USB芯片要求设计人员对USB的标准、Firmware编程及的开发等有较深入的理解,工作量大,开发周期长,需要经验丰富的设计者才能完成;而FTDI(Future Technology Devices Intl.Ltd.)公司推出的USB芯片FT245BL集成了微控制器,并且把USB通信协议的固件程序直接固化在芯片中,同时提供了PC端的没备,用户只需进行必要的硬件设计和简单的软件编程,所以大大降低了开发难度。
1.1 功能结构
FT245BL是FTDI公司的一款并行FIFO双向数据传输的USB芯片,对于微处理器它提供8位并行数据总线D0~D7,对于外部主机是标准串行总线或虚拟接口,其数据传输速率最高可达1 MB/s,提供USBl.1/2.O规范的全速物理接口,支持UHCI/OHCI/EHCI主控制器。
FT245BL芯片的内部系统结构框架图如图1所示,芯片主要由3.3 V稳压器、USB收发器、串行接口引擎(SIE)、USB协议引擎和先进先出(FIFO)控制器、6 MHz振荡器、8×倍频器、USB锁相环、复位器、E。PROM接口等构成。其内部设置了2个FIFO数据缓冲区,一个是128 B的接收缓冲区;一个是384 B的发送缓冲区。串行接口引擎用来完成USB数据的串/并双向转换;USB协议引擎用于管理来自USB设备控制端口的数据流,USB主机控制器需要的USB底层协议。
1.2 工作原理
DSP与FT245BL接口框图如图2所示。主板CPLD用AMS[0:3]和高5位地址线(A19~A15)进行译码;FT245BL的TXE和RXF信号在查询地址有效时,通过DSP读取其状态,判断是否发送数据或接收数据;TXE用于判断发送FIFO是否满,0为不满,1为满,当TXE为0时,外部DSP向发送FIFO缓冲区写数据,直到发送数据全部写入;RXF用于判断接收FIFO是否有数据,只要数据个数≥1,RXF就为低,通知DSP可以读取数据。FT245BL的RD和WR信号在读写地址有效时,分别与DSP的ARE和AWE相连,DSP可以读取接收数据和写入发送数据。

1.3 电路设计
FT245BL芯片使用主板上的3.3 V和5 V电源供电,主板对外作为一个USB设备。USB总线的电源线连接在芯片的复位引脚RESET上,这样保证了USB芯片平时处于复位状态。

当USB总线连接到主机时,电源线变高,RESET变高,最终导致RSTOUT变高,由于USBDP引脚配置了一个1.5 kΩ的上拉电阻连到RSTOUT引脚,使得芯片以全速状态连接到主机。FIFO控制器接口包括8位数据线D7~D0、读RD、写WR、发送使能TXE、接收完毕RXF的5个信号。由于FT245BL芯片没有片选线,所以信号都是经过主板CPLD内部的译码电路处理后才连接的。DSP采用中断机制读取FIFO的数据,所以将RXF连接DSP的可编程端口(PF3),用以产生中断。


2 FT245BL驱动程序的编写
这里以ADI公司的ADSP-BF533为例,介绍USB接口芯片FT245BL在μClinux下驱动程序的编写。依据FT245BL芯片的结构和接口设计,决定将其作为字符设备来开发它的驱动程序。所用开发平台的硬件结构如下:


2.1 确定设备的设备名称和主设备号
主设备号是内核识别不同类型设备的惟一标识,内核利用主设备号将设备与相应的驱动程序对应起来。开发新的驱动程序,必须找到一个还未被使用的主设备号,分配给自己的字符设备。主设备号的确定可以通过两种方法:一是静态定义;二是动态分配。该驱动采用的是静态主设备号,在ft245b1.C文件中直接定义设置为254,#define ft245bl_major 254。
2.2 确定编写需要的file-operations数据结构中的功能函数
该驱动文件ft245b1.C中定义的file_operations数据结构:


2.3 设备的注册与注销
设备驱动在调用前必须首先向系统注册,这时就执行加载函数static int_init ft245bl_init(void)。该函数的核心语句是register_chrdev(ft245bl_major,FT245BL_DEV,ft245bl_fops)字符注册函数。其中,ft245bl_major是设备驱动向系统申请的主设备号;FT245BL_DEV是USB设备的名称;ft245bl_fops是之前定义为file_operations数据结构的各个功能函数的文件指针。该函数返回值为0,表示注册成功;返回-INVAL,表示申请的主设备号非法;返回-EBUSY,表示该设备号正在使用。设备注册成功后,设备名会出现在系统的/proc/devices文件中。
设备有注册就有卸载,卸载字符设备需要调用函数unregister_chrdev(ft245bl_major,FT245BL_DEV),参数有主设备号和设备名两个,USB退出驱动,用staticvoid_exit ft245bl_exit(void)函数。
2.4 编写相应的功能函数
对于每一个设备驱动程序来说,都有一些与此设备密切相关的功能函数,通常对于块设备或者字符设备来说,都存在着诸如打开、关闭、读、写这一类的操作。当进行系统调用时,将自动地使用驱动函数中特定的函数来具体的操作。打开函数open()主要完成以下操作,即检查设备错误(诸如设备未就绪或相似的硬件问题),如果是首次打开,则初始化设备;读取次设备号;分配和填写要放在file→private-data内的数据结构;增加使用计数。读函数read()用来从外部设备中读取数据,当其为NULL指针时,将引起read()系统调用返回-EINVAL(“非法参数”)。函数返回一个非负值表示成功地读取了多少字节。写函数write()向外部设备发送数据,如果没有这个函数,返回一个-EINVAL;如果返回值非负,就表示成功写入的字节数。当设备被关闭时调用release()这个操作,有时也称为close()。它应该完成以下操作:使用计数减1;释放open分配在file→rivate-data中的内存;在最后一次关闭操作时关闭设备。下面是FT245BL驱动程序读函数read()的实现:


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