嵌入式USB主機(jī)擴(kuò)展應(yīng)用
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可以說(shuō)，嵌入式USB主機(jī)，是整個(gè)USB系統(tǒng)發(fā)展的未來(lái)和趨勢(shì)。
5設(shè)計(jì)嵌入式USB主機(jī)
傳統(tǒng)意義的USB開(kāi)發(fā)，僅僅是對(duì)USB外設(shè)的開(kāi)發(fā)，USB底層驅(qū)動(dòng)程序和USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序都由Windows等操作系統(tǒng)提供，有關(guān)這些驅(qū)動(dòng)程序的細(xì)節(jié)過(guò)程都蒙著一層神秘的面紗。所以，要設(shè)計(jì)USB主機(jī)，就須設(shè)計(jì)這兩部分驅(qū)動(dòng)程序，Windows源碼不公開(kāi)，這些細(xì)節(jié)資料就無(wú)從得到。
因此，設(shè)計(jì)就要遵循USB主機(jī)的協(xié)議規(guī)范。可以閱覽參考文獻(xiàn)。具體的設(shè)計(jì)就要包括固件Firmware和硬件兩大部分。
硬件上首先要選擇USB主機(jī)的接口芯片?，F(xiàn)在比較成熟的有Cypress公司的SL811HS和Philips公司的ISP1161。并且選用一款合適的MCU和MPU來(lái)控制。那么這款MCU的選用需要比較講究。因?yàn)?，整個(gè)USB協(xié)議框架是非常復(fù)雜的。那么這就需要MCU具有足夠的RAM，用以處理大量的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、大量的變量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等等。一般8KB的RAM是最最基本的要求，而且越大越好，當(dāng)然，小到2K，也可以實(shí)現(xiàn)基本功能，但是已經(jīng)非常捉襟見(jiàn)肘了。其次系統(tǒng)要有大量的程序存儲(chǔ)區(qū)，一般Flash的需求大概在10~60KB左右。之所以有如此大的范圍，這是因?yàn)閁SB定義很多的類，用以支持不同類型的USB外設(shè)。每一類就有其不同的驅(qū)動(dòng)程序，因此，設(shè)計(jì)的嵌入式USB主機(jī)支持的類越多，那么需要的程序空間就越大。有個(gè)例子就是，要實(shí)現(xiàn)MassStorage類就需要10K所有的Flash空間。
固件方面，就是要實(shí)現(xiàn)完整的USB主機(jī)協(xié)議類，包括設(shè)備的上電檢測(cè)、設(shè)備重起、分配地址、讀取設(shè)備的各種描述符等基本的操作，更重要的是要實(shí)現(xiàn)每一類USB設(shè)備的協(xié)議棧。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，每一類設(shè)備的協(xié)議棧，就是一個(gè)特定的驅(qū)動(dòng)程序，傳統(tǒng)的做法，我們是在PC上使用WDM來(lái)編制驅(qū)動(dòng)程序。這里，在我們的嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境里，我們就要像開(kāi)發(fā)嵌入式的軟件一樣，可以用C語(yǔ)言、可以用匯編語(yǔ)言等來(lái)實(shí)現(xiàn)。限于篇幅所限，這里，無(wú)法進(jìn)一步展開(kāi)。筆者將在以后進(jìn)一步展開(kāi)討論。
筆者目前就已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一款USB主機(jī)的演示系統(tǒng)，選用的USB主機(jī)接口芯片是Cypress公司的SL811HS，MCU選用的是Motorola公司的16位單片機(jī)MC68HC912D60A。整個(gè)USB主機(jī)系統(tǒng)支持的是USB的MassStorage類，也就是海量存儲(chǔ)類，這一類是USB專門為支持磁盤(pán)存儲(chǔ)功能設(shè)計(jì)的。因此，現(xiàn)在的結(jié)果是，這個(gè)嵌入式的USB主機(jī)能夠具有同裝有Windows2000操作系統(tǒng)的PC一樣的功能，能夠直接對(duì)USB的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行讀取，能夠自動(dòng)識(shí)別設(shè)備并把設(shè)備配置為標(biāo)準(zhǔn)的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，因此能夠直接進(jìn)行文件的讀取、格式化等一系列操作。為了通用，選用了朗科公司的USB優(yōu)盤(pán)作為外設(shè)。目前整個(gè)系統(tǒng)可以直接對(duì)優(yōu)盤(pán)進(jìn)行操作，讀取優(yōu)盤(pán)中的文件、寫(xiě)文件到優(yōu)盤(pán)中，等等。
6嵌入式USB主機(jī)的其他應(yīng)用前景分析
1.以嵌入式USB主機(jī)做為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以應(yīng)用在大量工業(yè)和民用領(lǐng)域中，比如城市輕軌鐵路的數(shù)據(jù)采集黑匣子中。中國(guó)幅員遼闊，鐵路線縱橫馳騁，如果每輛機(jī)車上都安裝一套這樣的“黑匣子”系統(tǒng)，那么需求量將是非常大的，同時(shí)將帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)前景。
2.嵌入式USB主機(jī)作為USB的延伸，國(guó)外處于剛剛起步的階段，僅有不多的半導(dǎo)體公司提供接口芯片，還沒(méi)有完整的嵌入式USB主機(jī)產(chǎn)品上市。廠家和USB論壇所能提供的Demo也限于依靠嵌入式操作系統(tǒng)WinCE和Linux等。國(guó)內(nèi)的研究也剛開(kāi)始起步。因此，項(xiàng)目研究具有一定的領(lǐng)先和前瞻性。
3.在開(kāi)發(fā)USB主機(jī)，編寫(xiě)底層驅(qū)動(dòng)程序的同時(shí)，注意整個(gè)系統(tǒng)的可移植性，使得有關(guān)USB通信的各個(gè)任務(wù)模塊化，盡量編寫(xiě)API。這樣，就可以在不同的操作系統(tǒng)、不同的
主機(jī)的功能。這就可以為日后嵌入式USB主機(jī)的產(chǎn)品化和進(jìn)一步研究打好基礎(chǔ)。這個(gè)工作有待進(jìn)一步完善。
參考文獻(xiàn)
1 馬偉。 OTG補(bǔ)充協(xié)議開(kāi)辟USB的新篇章，電子產(chǎn)品世界，2002年6月A版
2 SL811HS Datasheet,Cypress,2001
3 Open Host Controller Interface Specification for USB,Compaq,Microsoft,National Semiconductor,1999
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5 USB Specification 1.1,1998
6 2.0 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/2.0_1758666.html.
7 device datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/device_1397784.html.
8 SL811HS datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/SL811HS_611618.html.
9 ISP1161 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/ISP1161_410194.html.
11 MC68HC912D60A datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MC68HC912D60A_1021844.html.
12 Demo datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/Demo_2558744.html.
評(píng)論