基于具有USB功能的STM32微控制器

該設(shè)計(jì)是一個(gè)物理開關(guān)，它確定每次打開計(jì)算機(jī)時(shí)要啟動的操作系統(tǒng)。它使用STM32微控制器充當(dāng)USB大容量存儲設(shè)備，并提供一個(gè)動態(tài)文件。該文件可以由系統(tǒng)的引導(dǎo)配置加載，以根據(jù)物理輸入來更改其引導(dǎo)行為：

組件：

撥動開關(guān)

具有USB功能的STM32微控制器

ST-Link編程器

該項(xiàng)目的解決方案是通過代碼編寫的，因此需要一個(gè)撥動開關(guān)，一個(gè)具有USB功能的STM32微控制器和一個(gè)ST-Link編程器。

代碼：點(diǎn)擊查看

設(shè)計(jì)過程：

啟動Linux，只需按電源按鈕；另一方面，要引導(dǎo)到Windows，則需要在GRUB短暫顯示自己時(shí)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)，精確定時(shí)的敲擊，以更改選擇：

引導(dǎo)加載程序中的腳本

GNU GRUB是一種流行的Linux啟動加載程序-在加載任何操作系統(tǒng)之前運(yùn)行的程序，它決定啟動什么以及如何啟動它。通常，將與上圖所示的菜單進(jìn)行交互，但實(shí)際上，GRUB是由簡化的腳本語言配置的。在它的下面是用C語言編寫的模塊系統(tǒng)。

GRUB必須在操作系統(tǒng)外部運(yùn)行，因此必須提供所有自己的工具，因此可用功能相當(dāng)簡單。

在GRUB中可以任意訪問USB設(shè)備嗎？

創(chuàng)建一個(gè)具有自定義（“特定于供應(yīng)商”）接口的USB設(shè)備，以讀出開關(guān)位置，就非USB而言，它就像是裸露的串行連接?？梢詮牟僮飨到y(tǒng)訪問，但是不確定GRUB是否可以處理它。

GRUB實(shí)現(xiàn)在其原生支持USB ehci、uhci、ohci模塊，但有一個(gè)問題-加載任何這些禁用用于訪問磁盤上的常態(tài)機(jī)制通過BIOS來避免沖突，讓你有無人接盤。有一個(gè)nativedisk模塊可以獨(dú)立于BIOS訪問磁盤，但是除了速度慢之外，嚴(yán)重地使用該模塊意味著GRUB無法鏈?zhǔn)郊虞dWindows（說明），從而使這種方法成為注銷。

偽裝成USB大容量存儲設(shè)備

可以利用BIOS已經(jīng)為GRUB提供對所有連接的存儲設(shè)備的訪問的事實(shí)，而不是創(chuàng)建自定義USB接口。需要做的就是將設(shè)備顯示為存儲設(shè)備，其中包含一個(gè)文件，其內(nèi)容指示開關(guān)位置。

從概念上講這很簡單，但是有幾層：

提供大容量存儲類描述符，指示要使用的幾種存儲協(xié)議之一（SCSI，ATA）。

實(shí)現(xiàn)所選的存儲協(xié)議。除了用于讀取和寫入扇區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)請求外，這是一組用于詢問存儲設(shè)備的功能，容量，布局和其他元數(shù)據(jù)的命令。

讀取時(shí)模擬有效的文件系統(tǒng)，而實(shí)際上沒有任何存儲介質(zhì)。

使用USB狀態(tài)指示燈中已有的支持USB的STM32板卡和代碼，將供應(yīng)商類設(shè)備更改為大容量存儲類設(shè)備只需更改現(xiàn)有USB描述符中的幾個(gè)字節(jié)即可。

對于存儲協(xié)議層，發(fā)現(xiàn)它libopencm3具有內(nèi)置的SCSI大容量存儲實(shí)現(xiàn)，具有簡單read_block（address）和write_block（address）回調(diào)功能，隱藏了存儲協(xié)議的復(fù)雜性：

由于這個(gè)原因，即使在這個(gè)階段它只能讀出無盡的0x00字節(jié)流，仍然可以使用可識別的存儲設(shè)備快速啟動并運(yùn)行。

熟悉FAT

模擬GRUB可以理解的文件系統(tǒng)。格式化存儲設(shè)備，選擇FAT12，因?yàn)樗奈臋n非常齊全，而且布局簡單：

引導(dǎo)扇區(qū)：描述卷名稱和幾何形狀的固定結(jié)構(gòu)

文件分配表：一個(gè)索引，用于說明磁盤的哪些部分被使用以及分配/碎片化了多大的文件

根目錄條目：文件元數(shù)據(jù)。指向?qū)嶋H文件內(nèi)容所在的位置

［其余磁盤上沒有固定的結(jié)構(gòu)］

經(jīng)過閱讀和修改之后，進(jìn)行了一個(gè)設(shè)置，可以定義虛擬文件列表，并在毫不懷疑的主機(jī)要求下即時(shí)生成目錄條目和文件內(nèi)容：

struct VirtualFile {

char* longName;

struct FatDirEntry dir;

void （*read） （uint8_t* output）;

};

static void readSwtich（uint8_t* output） { // Output is a zeroed-out 512 byte buffer （one block）

output［0］ = gpio_get（GPIOA， GPIO6） ？ ‘1’ ： ‘0’;

}

static struct VirtualFile _virtualFiles［］ = {

{

.longName = “switch_position”，

.dir = { .name = “SWITCH~1”， .ext = “ ”， .size = 1 }，

.read = readSwtich

}，

// 。..

};

轉(zhuǎn)儲塊設(shè)備看起來像這樣：

0000h是引導(dǎo)扇區(qū)，0200h是FAT的第一個(gè)副本，0400h是FAT的第二個(gè)副本，0600h是根目錄條目。一共有三個(gè)32字節(jié)的目錄條目-兩個(gè)長文件名條目，然后是在640h該文件的實(shí)際目錄條目。虛擬文件內(nèi)容在4800h讀出。

在GRUB中讀取文件

GRUB沒有將文件內(nèi)容加載到變量中的任何內(nèi)置支持，也不像典型的Linux shell那樣支持命令替換：

# This is BASH and what I wanted to do

# GRUB script unfortunately doesn‘t support this kind of substitution

pos=$（cat /path/to/switch_position）

echo $pos

使用GRUB的“源” 命令從虛擬文件中加載其他配置。這種方法是開箱即用的，并且理論上適用于任何版本的GRUB：

根據(jù)開關(guān)位置啟動

使用GRUB外殼中的switch位置了，然后修改系統(tǒng)啟動配置，以根據(jù)此信息進(jìn)行啟動選擇。

在 /etc/grub.d/00_header中， 將此添加到了 生成的輸出中（刪除了轉(zhuǎn)義符以使其更易于閱讀）：

# Look for hardware switch device by its hard-coded filesystem ID

search --no-floppy --fs-uuid --set hdswitch 55AA-6922

# If found， read dynamic config file and select appropriate entry for each position

if ［ “${hdswitch}” ］ ; then

source （$hdswitch）/switch_position_grub.cfg

if ［ “${os_hw_switch}” == 0 ］ ; then

# Boot Linux

set default=“0”

elif ［ “${os_hw_switch}” == 1 ］ ; then

# Boot Windows

set default=“2”

else

# Fallback to default

set default=“${GRUB_DEFAULT}”

fi

else

set default=“${GRUB_DEFAULT}”

fi

運(yùn)行update-grub生成新的啟動配置后，

硬件安裝

小的鋁制扁桿，幾個(gè)螺絲和一些鉆孔。
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