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远程USB主机系统方案的研究与实现

作　者: 王方元
导　师: 徐国治
学　校: 上海交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: 通用串行总线 Windows驱动模型因特网远程
分类号: TP334.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文提出了远程USB系统的架构和软件组成。计算机外设方面USB设备得到广泛应用,越来越多的应用需要远程控制USB设备,而当前的USB的硬件结构对其传输距离作出了限制。本文提出的远程USB系统软件结构扩展了USB系统,使得其能够在不修改已有USB目标设备驱动程序的基础上,无缝的支持远程的USB子系统。该远程USB系统对硬件要求很低。主机端可采用支持Windows2000,Windows XP或者Windows2003操作系统的PC或者服务器。而客户端可以采用使用嵌入式系统的瘦客户端方案,以提高系统灵活性,并且降低成本。而软件平台则选用了桌面操作系统使用最为广泛的Windows操作系统,大大增加了系统的实际应用范围。该方案的程序实现和性能测试表明其高效和高度可移植性。另外由于采用了并行处理框架,使本系统可支持多个远程USB系统客户端,而且每个客户端均可支持最多127个USB设备。这样的远程USB方案能够应用于基于嵌入式USB设备的大规模的控制和测量、基于IP的KVM系统、分布式机群系统等方面,对基于拓展USB设备的应用范围有着重要的价值。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
缩略语索引表  8-12
第一章绪论  12-17
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 课题的来源  13-14
  1.3 完成主要工作目标以及论文结构  14-17
第二章 USB原理综述及分析  17-29
  2.1 USB系统综述  17-18
  2.2 传统USB主机分析  18-22
    2.2.1 客户软件  19-20
    2.2.2 系统软件  20-21
    2.2.3 USB主机控制器  21-22
  2.3 USB设备简介  22-26
    2.3.1 USB设备逻辑构架  23-24
    2.3.2 USB设备状态  24-25
    2.3.3 USB集线器  25-26
  2.4 USB通信流分析  26-29
    2.4.1 管道传输机制  26-27
    2.4.2 实际通信流  27-29
第三章远程USB设计方案讨论  29-38
  3.1 现有方案分析  29-32
    3.1.1 Depari方案  29-30
    3.1.2 AnyWhereUSB  30-31
    3.1.3 USB/IP方案  31
    3.1.4 FIBER REMOTE PORT USB  31-32
  3.2 基于功能层实现远程USB方案  32
  3.3 基于USB设备层实现远程USB方案  32-34
  3.4 基于USB总线接口层实现远程USB  34-35
  3.5 方案比较  35-38
    3.5.1 网络传输数据流量比较  35-36
    3.5.2 通用性比较  36-37
    3.5.3 比较小结  37-38
第四章 RUSB System系统硬件结构设计  38-42
  4.1 ECX构架简介  39-40
  4.2 ECX特点分析  40-42
    4.2.1 紧凑小巧的尺寸  40-41
    4.2.2 无风扇运行  41
    4.2.3 密集计算应用  41
    4.2.4 强大的I/O扩展功能  41-42
第五章 RUSB System系统软件结构设计  42-69
  5.1 Windows WDM系统内核构架分析  42-55
    5.1.1 WindowsXP操作系统内核概述  42-44
    5.1.2 WDM驱动栈概述及分析  44-46
    5.1.3 WDM设备对象栈研究及分析  46-53
    5.1.4 I/O请求包简介及分析  53-55
  5.2 RUSBSystem软件方案框架设计  55-57
  5.3 RUSBSystem软件方案可行性实验  57-69
    5.3.1 用户空间与内核通信原形实验  57-64
    5.3.2 使用非USB驱动程序栈加载USB设备驱动程序原形实验  64-69
第六章 System主机端软件构架具体设计及实现  69-82
  6.1 RUSBHost总线驱动实现分析  69-76
    6.1.1 枚举远端插入的USB设备设计  70-73
    6.1.2 管道数据转发设计  73-76
  6.2 主机端传输接口实现分析  76-79
    6.2.1 发送线程  76-78
    6.2.2 接收线程  78
    6.2.3 监听线程  78-79
  6.3 RUSBProtocol传输协议设计  79-82
    6.3.1 发送RUSBP包  79-81
    6.3.2 返回RUSBP包  81-82
第七章 RUSB System客户端软件构架具体设计及实现  82-88
  7.1 RUSBClient驱动实现分析  82-84
  7.2 客户端传输接口结构设计  84-85
  7.3 USB设备热插拔模块设计及实现  85-88
第八章系统实验及性能分析  88-90
第九章总结  90-92
  9.1 RUSB Host特点分析  90-91
  9.2 实际应用前景  91-92
参考文献  92-95
致谢  95-96
攻读学位期间发表的学术论文  96

远程USB主机系统方案的研究与实现

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