嵌入式Linux下USB大容量存储设备驱动程序的研究和应用

论文摘要

USB以其高速、即插即用、易于扩展等优点,已逐渐成为各种系统平台的必备接口。USB设备模型中常使用PC作为USB主机设备,使得基于PC平台的USB驱动发展的比较成熟,基本实现了驱动的通用。但随着USB设备形式的丰富,人们也希望将嵌入式设备作为USB从端设备使用。由于嵌入式设备无论是数量还是种类都远远超过PC,因此对于嵌入式Linux下USB从设备端驱动程序的研究具有很大的实际意义和商业价值。另外嵌入式设备作为USB从端设备使用,所带来的安全性问题也是嵌入式领域的一个研究热点。本文研究的是嵌入式Linux下USB从设备端的大容量存储设备驱动(Mass Storage Gadget),目的是解决嵌入式设备作为USB从端设备使用时所带来的驱动设计和安全性问题。从分析Linux驱动开发的关键技术、USB总线协议以及Linux USB子系统架构入手,研究了Mass Storage Gadget驱动的设计方法、工作流程和功能特性。通过研究发现,Mass Storage Gadget驱动利用设备文件与USB主机进行数据交互,使得嵌入式平台对主机表现为存储设备功能,USB主机与外围设备间的数据传输都需要经过嵌入式平台的处理。在上述理论研究的基础上,结合Mass Storage Gadget驱动的功能特性,本文实现了一种针对USB存储设备进行访问控制的方法,使得用户对于USB存储设备的访问需要得到授权才能进行。本文主要工作在于研究Mass Storage Gadget驱动和实现针对USB存储设备的访问控制机制,所得到的研究成果对于嵌入式Linux下USB从设备端驱动程序的设计和USB设备安全性问题的解决有一定的借鉴和参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 论文的研究内容和组织结构
• 2 Linux操作系统下的设备驱动程序
• 2.1 Linux设备驱动程序的作用
• 2.2 Linux设备驱动程序的分类
• 2.2.1 字符型设备
• 2.2.2 块设备
• 2.2.3 网络设备
• 2.3 Linux设备驱动的关键技术
• 2.3.1 内存和I/O端口
• 2.3.2 时钟
• 2.3.3 中断处理
• 2.3.4 内核中的并发控制
• 2.3.5 阻塞和非阻塞I/O
• 3 USB大容量存储设备驱动程序的分析
• 3.1 USB协议研究和分析
• 3.1.1 USB拓扑结构
• 3.1.2 传输模式
• 3.1.3 USB设备架构
• 3.1.4 USB设备的枚举过程
• 3.1.5 Linux USB子系统的体系架构
• 3.2 Bulk-Only传输协议
• 3.3 Linux SCSI子系统
• 3.3.1 SCSI的系统构成
• 3.3.2 SCSI命令
• 3.3.3 Linux SCSI子系统的分层架构
• 3.4 Linux中的USB大容量存储设备
• 3.4.1 USB大容量存储设备类
• 3.4.2 USB大容量存储设备工作原理
• 3.5 Linux USB Gadget子系统研究和分析
• 3.5.1 Linux USB Gadget子系统
• 3.5.2 Linux Gadget相关结构
• 3.6 Mass Storage Gadget驱动
• 4 嵌入式Linux开发平台的构建
• 4.1 硬件平台的设计
• 4.1.1 ARM S3C2410简介
• 4.1.2 S3C2410处理器USB接口分析
• 4.2 建立交叉编译环境
• 4.3 Linux系统的移植
• 4.3.1 内核配置与编译
• 4.3.2 划分NandFlash地址空间
• 4.3.3 建立根文件系统
• 4.3.4 USB驱动移植（实现开发板挂载为U盘）
• 5 USB大容量存储设备安全策略设计与实现
• 5.1 访问控制机制研究与设计
• 5.1.1 访问控制策略
• 5.1.2 USB存储设备访问控制机制设计
• 5.2 USB存储设备的加解密
• 5.2.1 RC4算法
• 5.2.2 加密模块的设计
• 5.3 用户认证方式设计
• 5.3.1 硬件中断方式
• usermodehelper（）函数'>5.3.2 call_usermodehelper（）函数
• 5.3.3 模块引用方式
• 5.4 系统实现
• 5.4.1 软件结构设计
• 5.4.2 认证模块的实现
• 5.4.3 认证应用程序设计（Qt）
• 6 结论
• 7 展望
• 8 参考文献
• 9 攻读硕士期间发表的论文
• 10 致谢