擴(kuò)展USB連接
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
在這些現(xiàn)代PC所不支持的接口中，RS-232串行接口是一個典型的例子，從軟件的角度看，RS-232相比USB更容易實(shí)現(xiàn)且同樣仍然滿足多種應(yīng)用需求。但是大多數(shù)現(xiàn)代PC已經(jīng)去掉了RS-232接口。
簡單的串口通信方案的成本往往低于復(fù)雜的替代產(chǎn)品，如RS-232接口成本低于USB接口。RS-232方案的基本組成部分包括一個UART和一個驅(qū)動器和一個簡單的握手協(xié)議，即使在資源非常有限的微控制器中也可以很容易地實(shí)現(xiàn)。而且RS–232接口的特性使其成為一個可以勝任惡劣的工作環(huán)境的強(qiáng)壯型短距離點(diǎn)對點(diǎn)通信解決方案。這樣的需求在許多工業(yè)控制或測量的實(shí)現(xiàn)中非常典型。基于這些原因，RS-232接口依然活躍在許多應(yīng)用領(lǐng)域。
由于現(xiàn)代PC缺乏對RS-232接口的支持，PC作為控制器的應(yīng)用對RS-232接口的支持就顯得令人失望。而實(shí)現(xiàn)對RS-232接口外設(shè)支持的可選擇方案似乎很少：找到一個PC其裝有提供RS-232接口的PCI卡或重新把外圍設(shè)備設(shè)計(jì)為支持USB接口類型。用USB替換RS-232接口需要大量的設(shè)計(jì)工作。這些影響不僅體現(xiàn)在硬件上，而且更重要的是給嵌入式軟件帶來非常巨大的變化。
現(xiàn)在還有第三個選擇可以用來在現(xiàn)代PC上支持RS-232接口外設(shè)。此種方式較之其他方式需要較少的工程方面工作并且保持傳統(tǒng)設(shè)備的完整性和穩(wěn)定性。這種方式的好處是提供了一個USB和RS–232接口之間的透明轉(zhuǎn)換。FTDI公司的系列芯片即可支持這種方案，這些芯片解決了使用標(biāo)準(zhǔn)UART端口來實(shí)現(xiàn)嵌入式USB支持的相關(guān)復(fù)雜性問題。該技術(shù)提供了一種支持傳統(tǒng)RS-232接口外設(shè)的簡單及低成本的解決方案。圖1顯示小型PCB如何使用FTDI芯片來提供此種解決方案。
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圖1：傳統(tǒng)RS-232 調(diào)制解調(diào)器連接到現(xiàn)代PC。 |
現(xiàn)在FTDI家族的第五代芯片支持USB 1.0和USB 2.0 協(xié)議（低速，全速和高速）。這些設(shè)備提供了一系列的異步和同步串行接口解決方案，包括UART接口（ RS-232/RS-422/RS-485 ）和FIFO 。除了集成在PCB級，這些芯片可用于制作PC與外設(shè)之間的USB到RS-232的接口轉(zhuǎn)換連接線。連接線內(nèi)的芯片完成所有PC與外設(shè)之間的接口轉(zhuǎn)換工作。由于USB的波特率比RS–232的波特率高很多（6000：1），因此這些設(shè)備不僅需要提供兼容的USB接口，而且必須能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，分析和重組來滿足RS – 232協(xié)議的規(guī)范。這些都是基于FTDI所專有的IP實(shí)現(xiàn)，包括一個USB協(xié)議引擎，一個UART控制器，一個串行接口引擎及一個USB收發(fā)器。圖2所示為其中一種芯片F(xiàn)T232R的機(jī)構(gòu)框圖。
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圖2：FT232R架構(gòu)框圖。 |
運(yùn)行在原有設(shè)備端的軟件并不需要改變，但是僅就所使用的COM端口而言，運(yùn)行在PC端的應(yīng)用程序需要知道正在使用的是USB連接而非RS-232連接。當(dāng)一個USB到RS – 232轉(zhuǎn)換線連接到PC的 USB端口，PC的操作系統(tǒng)會創(chuàng)建一個虛擬的COM端口。應(yīng)用程序通過這個虛擬的COM端口與USB接口進(jìn)行通信，而不需要對PC上的應(yīng)用程序進(jìn)行任何修改。應(yīng)用程序只需要知道轉(zhuǎn)接線所連接的具體的COM端口即可與之通信。外設(shè)的軟件或硬件則不需要任何修改。圖3所列的軟件代碼給出了一個例子來顯示應(yīng)用程序如何確定與之相連的COM端口，同時它還給出一些配置UART的例程代碼 。
#include "stdafx.h"
#include
#include
#include "ftd2xx.h"
int main(int argc, char* argv[])
{
FT_HANDLE fthandle;
FT_STATUS res;
LONG COMPORT;
char COMx[5];
int n;
DCB dcb;
HANDLE hCommPort;
BOOL fSuccess;
/***********************************************************************
//Find the com port that has been assigned to your device.
/***********************************************************************/
res = FT_Open(0, fthandle);
if(res != FT_OK){
printf("opening failed! with error %dn", res);
return 1;
}
res = FT_GetComPortNumber(fthandle,COMPORT);
if(res != FT_OK){
printf("get com port failed %dn", res);
return 1;
}
if (COMPORT == -1){
printf("no com port installed n");
}
else{
printf("com port number is %dn", COMPORT);
}
FT_Close(fthandle);
/********************************************************/
// Open the com port assigned to your device
/********************************************************/
n = sprintf(COMx, "COM%d",COMPORT);
hCommPort = CreateFile(
COMx,
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL
);
if (hCommPort == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf("Help - failed to openn");
return(1);
}
printf("Hello World!n");
/********************************************************/
// Configure the UART interface parameters
/********************************************************/
fSuccess = GetCommState(hCommPort, dcb);
if (!fSuccess)
{
printf("GetCommStateFailed n", GetLastError());
return (2);
}
//set parameters.
dcb.BaudRate = 115200;
dcb.ByteSize = 8;
dcb.Parity = NOPARITY;
dcb.StopBits = ONESTOPBIT;
fSuccess = SetCommState(hCommPort, dcb);
if (!fSuccess)
{
printf("SetCommStateFailed n", GetLastError());
return (3);
}
printf("Port configured n");
/********************************************************/
// Writing data to the USB to UART converter
/********************************************************/
DWORD dwwritten = 0, dwErr;
char data_out[12] = "HELLO WORLD";
DWORD w_data_len = 12;
fSuccess = WriteFile(hCommPort, data_out, w_data_len, dwwritten, NULL);
if (!fSuccess)
{
dwErr = GetLastError();
printf("Write Failed n", GetLastError());
return (4);
}
printf("bytes written = %dn", dwwritten);
/********************************************************/
//Reading data from the USB to UART converter
/********************************************************/
char buf[256];
DWORD dwRead;
memset(buf,0,256);
if (ReadFile(hCommPort, buf, w_data_len, dwRead, NULL))
{
printf("data read = %sn", buf);
}
/********************************************************/
//Closing the device at the end of the program
/********************************************************/
CloseHandle(hCommPort);
getchar();
return 0;
}
PC上很容易實(shí)現(xiàn)USB 。絕大多數(shù)針對臺式機(jī)或筆記本電腦的操作系統(tǒng)，包括Linux，現(xiàn)在都支持USB作為其標(biāo)準(zhǔn)配置。但是在嵌入式設(shè)備中，USB接口使用仍然由其是否很容易被嵌入式設(shè)備中的微控制器支持所決定。這就意味著要在微控制器上如集成UART，SPI和I2C接口一樣集成USB接口。這將使得微控制器變得更復(fù)雜也因此給設(shè)備集成制造商帶來成本的壓力。
然而，使用FTDI的USB接口芯片，嵌入式設(shè)備只需要使用微控制器上的UART接口與USB芯片進(jìn)行通信就可以實(shí)現(xiàn)USB接口的連接。如前所述，繁重的USB協(xié)議由FTDI器件中所集成的專用硬件和固件來負(fù)擔(dān)。因此現(xiàn)在通過一個標(biāo)準(zhǔn)的COM端口發(fā)送一些簡單的指令，任何使用微控制器的嵌入式設(shè)備可以支持輕易的支
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