基于U盤的單片機(jī)低功耗海量存儲系統(tǒng)

引言
近幾年，隨著Flash Memory非易失存儲技術(shù)的發(fā)展，基于USB接口的閃存即U盤現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。從理論上講，以U盤作為便攜式采集存儲系統(tǒng)的存儲載體完全能夠滿足長時(shí)間采集海量數(shù)據(jù)的要求。但目前所面臨的問題是，U盤主要應(yīng)用于PC機(jī)系統(tǒng)中。以單片機(jī)等微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，尚缺少與U盤的直接接口技術(shù)。因此將單片機(jī)技術(shù)與U盤存儲技術(shù)兩者結(jié)合起來，利用單片機(jī)直接讀寫U盤，并通過總線方式與嵌入式系統(tǒng)的其它部分實(shí)現(xiàn)命令和數(shù)據(jù)的通信，從而實(shí)現(xiàn)便攜儀器或者嵌入式系統(tǒng)的外掛式海量存儲，具有廣闊的應(yīng)用前景。而以Cypress公司的SL811HS為代表的嵌入式USB主機(jī)接口芯片為這種方案的實(shí)現(xiàn)提供了可能。
SL811HS介紹[1]
采用單片機(jī)直接控制讀寫U盤，牽涉到關(guān)鍵在于USB-HOST技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，即單片機(jī)作為USB主機(jī)系統(tǒng)。USB系統(tǒng)包括兩部分：USB主機(jī)和USB外設(shè)，它們組合在一起就構(gòu)成了完整的USB系統(tǒng)。USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中居于核心地位的是Host（也稱為主機(jī)），任何一次USB的數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)來發(fā)起和控制，所有的USB外設(shè)都只能和主機(jī)建立連接，任何兩個(gè)外設(shè)之間或是兩個(gè)主機(jī)之間無法直接通信。
SL811HS作為嵌入式的USB主機(jī)/設(shè)備控制器，功能模塊框圖如圖1.1所示。
SL811HS實(shí)現(xiàn)了USB主機(jī)結(jié)構(gòu)中的第一個(gè)層次，即USB總線接口層的功能。SL811HS的主要特點(diǎn)如下：
可作為USB主機(jī)或者設(shè)備的接口控制器；
支持USB協(xié)議1.1，提供全速和低速2種USB總線速度方式；
片上集成了SIE、單端口根Hub、USB收發(fā)器和256字節(jié)的SRAM；
3.3V工作電壓，接口兼容5V電壓；
硬件自動(dòng)產(chǎn)生幀起始包SOF和CRC5/16校驗(yàn)。

圖1.1 SL811HS功能框圖
SL811HS與單片機(jī)的硬件接線[2][3]
單片機(jī)采用的是AT89C55WD，它通過SL811HS芯片對U盤進(jìn)行讀寫，實(shí)現(xiàn)存儲。這部分的電路原理圖如圖1.2所示。
圖中SL811HS與CPU的連接是關(guān)鍵。SL811HS是3.3V供電的系統(tǒng)，而AT89C55WD是5V供電的系統(tǒng)，但二者的端口能夠彼此兼容對方的高低電平。因此SL811HS的數(shù)據(jù)引腳D0～D7直接與單片機(jī)的低八位地址/數(shù)據(jù)總線AD0～AD7連接，讀寫選通引腳nRD、nWR則直接與單片機(jī)的讀寫線/RD、/WR連接；對AT8955WD而言，SL811HS不過是其在片外擴(kuò)展的I/O芯片之一，地址線A15與/CS_SL811（AT89C55WD的P3.3引腳）組合后充當(dāng)SL811HS的片選，地址線A0與SL811HS的A0引腳相連，于是SL811HS的地址指針寄存器的地址為7FFEH（A0、/CS_SL811為低電平），SL811HS的數(shù)據(jù)寄存器的地址為7FFFH（A0為高電平，/CS_SL811為低電平）。之所以需要/CS_SL811配合，是因?yàn)锳T89C55WD在外部還擴(kuò)展了一片128KB的SRAM62256（省略未畫），片選線也是A15。SL811HS的M/S引腳經(jīng)下拉電阻后接地，使得其工作于主機(jī)控制器模式。此外，SL811HS的中斷請求信號為高電平有效，故反向后連接到AT89C55WD的外部中斷引腳/INT0。本系統(tǒng)沒有采用SL811HS內(nèi)部的鎖相環(huán)，直接使用外部的48MHz有源晶振作為時(shí)鐘源，更準(zhǔn)確。
存儲模塊是主機(jī)系統(tǒng)，其PCB板上安裝有A型插座，用于為下層的設(shè)備提供連接點(diǎn)。因?yàn)檫B接的外設(shè)是功耗量極低的USB盤，下行端口的電源VCC直接連到了檢測系統(tǒng)的電源上。

基于U盤的海量存儲板中單片機(jī)固件程序編寫