关键词： S3C44BOX   Nand-Flash存储器   Bulk-Only传输   UFI命令

1  引言
S3C44BOX开发板是一个广泛应用于学习嵌入式技术的平台，一般开发板都带有USB开发接口，并提供了一部分资料，主要是关于USB主机对设备的枚举和配置的，本文是在此基础上将该开发板扩展做成一个USB海量存储类设备，实现了开发板与PC机的通讯，用于开发板与PC机之间的大文件传输及应用程序的下载。

2  实现方案
2.1  硬件扩展
硬件扩展连接如图1所示。
图1是三星的Nand-Flash存储器 K9F5608U0BY与S3C44B0X的接口电路。在嵌入式控制器上，S3C44BOX开发板自带Philips的PDIUSBD12设备端接口芯片，通过该芯片扩展出一个USB的设备接口。因为此接口是USB的设备接口，所以只能和USB的主控芯片(USB HOST)，这里我使用的PC机的USB端口。
2.2  软件构架

图1     Nand-Flash存储器K9F5608U0BY与S3C44B0X的接口电路
通过USB设备接口芯片，采用Bulk- Only传输方式，将此设备做成一个海量存储器，使用嵌入式控制器具有U盘功能。这样，一来嵌入式设备的应用程序可以直接通过U盘这种途径下载到嵌入式控制器的Flash存储器中;二来，为嵌入式设备引入FAT文件系统，使其与U盘的闪存兼容，这样，可以使用嵌入式设备在共同的Flash上创建文件，然后通过U盘功能方便的复制到PC机上。
(1) 主流程
在S3C44BOX开发板系统中，嵌入式USB设备与PC机的通讯主流程图如图2所示:

图2     嵌入式USB设备与PC机的通讯主流程图
根据图2，可以看到当S3C44BOX开发板连接到主机时，首先实现USB主机对设备的枚举和配置，使主机确认设备的功能，并提供资源，这一部分是通过标准USB请求处理完成和实现的。一般开发板都带有处理标准USB请求程序，在这里就不详细分析。
当配置过程完成后，主机和设备就可以传输数据了。由于主机要支持的设备是USB闪存盘，它是USB的MassStorage类设备，这里Mass Storage类采用单批量Bulk-Only的传输协议，子类则采用UFI命令集。
Bulk-Only传输协议中传输流程如图3所示。

图3     Bulk-Only传输协议中传输流程
这里，主机向设备发送命令字CBW(Command Block Wrapper)，USB设备通分析并执行相应操作，将执行状态通过状态字CSW(Command Status Wrapper)返回主机。
UFI命令集主要是应用在软磁盘接口设备中，也可以应用在类似于Flash存储设备中，实现对USB闪存盘设备内的Flash进行读和写，任何Mass Storage类设备也可以采用此协议，只要这种Flash存储设备通过软件模拟了这种接口就可以。
(2)端点请求处理流程
主流程中Bulk-Out端点请求处理流程如图4所示:

图4     主流程中Bulk-Out端点请求处理流程
在这里，主机向设备发送命令字CBW(Command Block Wrapper)，USB设备通分析并执行相应操作，对于海量存储类设备，USB协议中约定了几类不同的命令集，属于海量存储类设备的子类，给不同的设备用。例如，子类号02为DVD设备，04为软盘驱动器，06为通用SCSI类设备。在本例中，配置为软盘驱动器类设备。主机向设备发送的命令都属于UFI 命令集。由于实现的功能为大文件的传输，故只对少数几个命令提供了支持，如读磁盘扇区、写磁盘扇区、查询设备状态。执行完后，USB设备向主机返回CSW 状态字。对于不支持的命令，只需向主机发送空响应。
主流程中Bulk-In端点请求处理流程如图5所示:

图5     主流程中Bulk-In端点请求处理流程图
以上就基本完成了通讯的实现流程。这里还要说明的一点是，作为海量存储类设备的 UFI类，主机将以访问磁盘的方式来访问设备。所以，在使用前，我们需要按磁盘分区表(FAT表)的格式对一片RAM进行格式化。在本例中采用了 FAT16的格式。FAT16系统中，第一个512字节为引导扇，此扇区包含BPB(BIOS Parameter Block)表，描述逻辑盘结构组成，FAT扇区数、FAT拷贝数、根目录表项最大值等，可根据具体的系统设定。由于篇幅所限，FAT16表的细节请感兴趣的读者参考有关资料。本例中支持四种对RAM盘的操作:读/写磁盘扇区、查询磁盘大小和弹出设备。对于读/写操作，只需要将主机请求读/写的扇区数转换成为RAM盘的地址，将数据写入或读出就可以了。文件发送完毕后，在Windows 2000下选择弹出设备操作，设备收到后会终止USB连接。

3  结束语
USB接口不仅硬件连接方便而且数据传输速度很快。在这里通过Flash扩展，实现了开发板与PC机之间的大文件传输，可以很方便的为开发板下载程序或大文件， 有很强实用性。