LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp USB driver trên hệ điều hành Linux Red Hat LỜI CẢM ƠN Quãng thời gian sinh viên đại học không phải là dài nhưng là một thời gian sâu sắc và quan trọng trong mỗi chúng ta Tr[.]
Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat LỜI CẢM ƠN Quãng thời gian sinh viên đại học dài thời gian sâu sắc quan trọng Trong quãng thời gian sinh viên mình, em nhận dạy dỗ, bảo tận tình thầy, cô cán khoa học kỹ thuật trường đại học Bách Khoa Hà Nội Khoảng thời gian cho em kiến thức chuyên môn phương pháp làm việc khoa học Cùng với động viên giúp đỡ gia đình, anh chị đồng nghiệp, bạn bè, em hồn thành đồ án tót nghiệp đại học Nhân dịp em xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy, cô dạy dỗ bảo cho em suốt thời gian vừa qua Em xin cảm ơn thầy, cô khoa Công nghệ Thông tin, người cho em kiến thức quý báu, dìu dắt em bước nghề nghiệp Em xin cảm ơn thầy, cô trpng môn Công nghệ Phần mềm, đặc biệt thầy Nguyễn Ngọc Bình Thầy nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện, bảo hướng dẫn bước để em hồn thành đồ án tôt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới công ty phần mềm FSOFT tạo điều kiện để tơi hồn thành đồ án tot nghiệp này, đặc biệt anh Trần Xn Khơi, Nguyễn Đức Quỳnh nhiệt tình bảo, hướng dẫn Cảm ơn bạn đồng nghiệp giúp đỡ, động viên đóng góp ý kiến quý báu thời gian thực đồ án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bố mẹ gia đình, người thân động viên, cổ vũ, giúp đõ vật chất tinh thần để hồan thành đồ án tốt nghiệp Phạm Tuấn Minh Tháng – Năm 2004 Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, phát triển nhanh chóng Cơng Nghệ Thơng Tin với ứng dụng tác động mãnh mẽ đến lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội, nhu cầu người ngày trở nên phức tạp Trong bối cảnh ấy, máy tính ngày sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau… Với mục đích hiểu sâu thêm hệ điều hành nguồn mở Linux trình giao tiếp thiết bị phần cứng với phần mềm, trình xây dựng driver giới thiệu anh Nguyễn Đức Quỳnh cơng ty phần mềm FPT-SOFT giúp đỡ tận tình thầy giáo tiến sỹ Nguyễn Ngọc Bình, em lựa chọn đề tài: “USB driver hệ điều hành Linux Red Hat ” Trong đò án tốt nghiệp này, em vào nghiên cứu vấn đề kiến trúc bus USB, USB driver hệ điều hành Linux Đồ án chia thành chương ba phụ lục Chương Giới thiệu kiến trúc bus USB Chương Hệ điều hành Linux & LinuxKernel Chương Một số vấn đề phát triển driver Chương Linux Driver Chương USB driver cho flash memmory Chương Tổng kết Phụ lục A Các thuật ngữ Phụ lục B Mô tả hàm dùng USB driver cho flash memmory Phụ lục C Các tài liệu tham khảo Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU KIẾN TRÚC BUS USB……………………-61.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ USB…………….……………………….-61.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA USB…………….…………………… … -61.3 SƠ LƯỢC VỀ KIẾN TRÚC BUS USB….………………… … .-81.3.1 USB interconnect……………… …………….…… … -81.3.2 Bus Topology……………… …………… ….…… … -91.3.3 USB host……………… …………….…………… … -91.3.4 USB Devices……………… …………….…… ……… -91.3.5 Quan hệ USB devices USB host …….…… … -101.3.6 Physical Interface……………… …………….…… … -111.3.7 Bus Protocol……………… …………….…… … -121.3.8 Các loại luồng điều khiển …… …………….…… … .-131.3.9 Cấu hình hệ thống……………… …………….…… … -131.3.10 USB bus robustness………………….…… … -131.3.11 Các trạng thái device …… …………….…… … -14CHƯƠNG HỆ ĐIỀU HÀNH LINUX & LINUX KERNEL .-162.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI HỆ ĐIỀU HÀNH LINUX……………… …….-162.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN……………… ……………… -172.3 QUẢN LÝ FILE ……………… …………….……… … -202.4 QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH………………….…….…… … -252.5 QUẢN LÝ BỘ NHỚ……………… …………….…… … -342.6 LINUX KERNEL……………… …………….…… … .-38- Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat CHƯƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI PHÁT TRIỂNDRIVER -403.1 DRIVER LÀ GÌ………… ……… …………….…… … -403.2 CÁC KHÓ KHĂN KHI PHÁT TRIỂN DRIVER……………… -403.3 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN DRIVER ………….…… … -403.3 GIỚI THIỆU VỀ LINUX DRIVER …………….…… … -41CHƯƠNG USB DRIVER……………… …………….…… … .-434.1 THIẾT BỊ KÝ TỰ VÀ THIẾT BỊ KHỐI……………… ………….-434.1.1 Thiết bị ký tự……………… …………….…… … -434.1.2 Thiết bị khối……………… …………….…… … -434.2 POLLING & INTERUPTS…………………….…… … .-444.2.1 Polling mode……………… …………….…… … -444.2.2 Interrupt mode……………… …………….…… … -454.2.3 Interrupt sharing……………… …………….…… … -464.2.4 Bottom halvels……………… …………….…… … -464.2.5 Task queues……………… …………….…… … -464.2.6 DMA mode……………… …………….…… … -464.3 USB TOPOGY…………………….…………….…… … .-474.4 CÁC KIỂU LUỒNG ĐIỀU KHIỂN……………… …………… -474.5 CẤU HÌNH THIÊT BỊ ……………… …………….…… … .-484.6 CÁC YÊU CẦU USB……………… …………….…… … -55CHƯƠNG USB DRIVER CHO FLASH MEMORY……………….-575.1 GIỚI THIỆU VỀ FLASH MEMMORY……………… … -575.2 THUẬT TOÁN THỤC HIỆN TRÊN USB DRIVER CHO FLASH MEMMORY …………………………………………… …-57- Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat 5.3 CÁC CẤU TRÚC DỮ LIỆU DÙNG TRÊN USB DRIVER CHO FLASH MEMMORY……….……… …………….…… … .-59CHƯƠNG TỔNG KẾT……………… …………….…… … -646.1 PHÁT TRIỂN DRIVER TRÊN HỆ ĐIỀU HÀNH MÃ NGUỒN ĐÓNG VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH MÃ NGUỒN MỞ……….…….… -646.2 TỔNG KẾT ……………… …………….…… … -64- Phụ lục A Các thuật ngữ Phụ lục B Một số hàm cung cấp kernel cho USB flash memmory driver Phụ lục C Các tài liệu tham khảo Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ KIẾN TRÚC BUS USB 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ USB USB xác định chuẩn công nghiệp mở rộng kiến trúc PC tập trung Computer Telephony Integration (CTI), giao tiếp, hiệu ứng dụng Một kiến trúc USB phải đáp ứng tiêu chuẩn sau: - dễ sử dụng cho việc mở rộng thiết bị PC - giá thành giảm hỗ 12Mb/s - hỗ trợ đầy đủ thời gian thực cho loại liệu : voice, audio, and compressed video - giao thức trao đổi mềm dẻo, hỗ trợ hỗn hợp giao thức đẳng thời giao thức dị - tích hợp với công nghệ kỹ thuật tiếng - hỗ trợ cho cấu hình PC khác thiết bị số - cung cấp giao tiếp chuẩn cho phép triển khai nhanh sản phẩm - cho phép tham số hoá cho loại PC khác 1.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA USB Các đặc trưng USB cung cấp lựa chọn thuộc tính để đạt mức giá thành hiệu năngn khác Sự tích hợp điểm cho phép chức với mức hệ thống thanhg phần khác Các đặc điểm xếp theo loại sau: + Dễ sử dụng cho người sử dụng cuối - Có mẫu cho cáp kết nối Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat - Các mức chi tiết nguồn điện phân tách từ người sử dụng - Tự xác định thiết bị, tự động kết nối với hàm chức driver, cấu hình - Kết nối động cấu hình lại thiết bị + Phạm vi rộng môi trường làm việc ứng dụng - thích hợp cho dải thông từ vài kb/s đến vài Mb/s - hỗ trợ truyền thông đồng dị qua loại dây - hỗ trợ xử lý tranh chấp (nhiều kết nối, nhiều thiết bị) - hỗ trợ tới 127 thiết bị kết vật lý kết nối đồng thời - hỗ trợ truyền thơng đa luồng máy tính (host) thiết bị - hỗ trợ thiết bị phức hợp (một thiết bị phức hợp bao gồm nhiều chức năng) + Dải thông đồng - đảm bảo dải thơng góc trễ thấp thích hợp cho telephony, audio, - dùng đồng sử dụng toần dải thông bus + Mềm dẻo (Flexibility) - hỗ trợ rộng phạm vi kích thước gói, cho phép qua lựa chọn tỉ lệ đệm - Cho phép phạm vi rộng loại liệu cách điều chỉnh kích thước vùng đệm góc trễ - luồng điều khiển cho đệm xử lý xây dựng giao thức + Mạnh mẽ (Robustness) - kỹ thuật xử lý lỗi khôi phục xây dựng triong giao thức - thêm tháo gỡ thiết bị động tuỳ theo người sử dụng theo thời gian Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat - hỗ trợ phát lỗi thiết bị + Đồng vận với công nghiệp PC (Synergy with PC industry) - giao thức dơn giản để thực tích hợp - thống với kiến trúc PC plug-and-play - Cộng tác với số hệ thống giao tiếp tồn + Giá thành thực rẻ Low-cost implementation - giá thành rẻ với kênh phụ 1.5Mb/s - tối ưu cho tích hợp thiết bị phần cứng với PC (host) - thích hợp cho phá triển thiết bị giá thành rẻ - cáp phận kết nối giá thành rẻ - Sử dụng công nghệ phổ biến 1.3 SƠ LƯỢC VỀ KIẾN TRÚC USB Một hệ thống USB mơ tả bao gồm ba phần : + USB interconnect + USB devices + USB host 1.3.1 USB interconnect USB interconnect cách thức mà USB devices giao tiếp với host host Bao gồm: + Bus Topology: Mơ hình kết nối USB devices host + Inter-layer Relationships: Là stack chứa USB tasks thực lớp hệ thống + Data Flow Models: Cách thức mà liệu chuyển hệ thống qua USB nhà sản xuất người sử dụng Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat + USB Schedule: USB cung cấp chia sẻ kết nối Truy cập vào kết nối xác định với mục đích hỗ trợ truyền thông đồng loại trừ chi phí phân xử 1.3.1 Bus Topology 1.3.2 USB host Bất kỳ hệ thống USB có host Giao tiếp USB tới PC host xác định thông qua Host Controller Host Controller thực nhờ kết hợp phần cứng, vi chương trình, hay phần mềm Một root hub tích hợp với host system để cung cấp hoặc vài điểm truy cập 1.3.3 USB Devices USB devices loại sau: - Hubs cugn cấp vài điểm truy cập tới USB Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN Đồ án tốt nghiệp USB driver hệ điều hành Linux Red Hat - Các chức năng, cung cấp vài khả cho hệ thống kết nối ISDN , a digital joystick, speakers USB devices đặt chuẩn giao tiếp USB dạng: - bao gồm giao thức USB chúng - trả lời cho thao tác chuẩn USB chúng cấu hình khởi tạo - Các thông tin mô tả khả chúng 1.3.4 Quan hệ USB devices USB host USB Host USB Device hai lớp đối lập giao tiếp với Phạm Tuấn Minh – CNPM – K44 – CNTT – DHBKHN 10 ... chương ba phụ lục Chương Giới thiệu kiến trúc bus USB Chương Hệ điều hành Linux & LinuxKernel Chương Một số vấn đề phát triển driver Chương Linux Driver Chương USB driver cho flash memmory Chương... cho chương trình ứng dụng Shell : chương trình nằm người sử dụng kernel, thơng thường biên dịch dịng lệnh từ người sử dụng thiết bị cuối (cũng từ tệp) thực chúng Khơng thế, UNIX shell cịn ngơn ngữ... package khơng có liệu để truyền Nơi nhận trả lời “handshake packet” liệu đwocj truyền thành cơng Mơ hình truyền liệu nguồn đích host endpoint device gọi đường ống pipe Có hai loại pipe: luồng thơng