RS 232接口轉(zhuǎn)USB接口的通訊方法

　一、引言

　　USB作為一種的PC機互連協(xié)議，使外設到計算機的連接更加高效、便利。這種接口適合于多種設備，不僅具有快速、即插即用、支持熱插拔的特點，還能同時連接多達127個設備，解決了如資源沖突、中斷請求(IRQs)和直接數(shù)據(jù)通道(DMAs)等問題。而RS-232是單個設備接入計算機時，常采用的一種接入方式，其硬件實現(xiàn)簡單，因此在傳統(tǒng)的設備中有很多采用了這種通信方式。一般的IC卡門禁考勤系統(tǒng)也使用RS-232接口與PC機通信。如果將USB技術(shù)應用于IC卡門禁考勤系統(tǒng)與PC機之間的數(shù)據(jù)通信，這樣，不僅能使IC卡門禁考勤設備具備USB通信的諸多優(yōu)點，而且對PC機而言還可以節(jié)余1個RS-232串口為其它通信所用。

　　二、USB系統(tǒng)概述

　　USB規(guī)范描述了總線特性、協(xié)議定義、編程接口以及其它設計和構(gòu)建系統(tǒng)時所要求的特性。USB是一種主從總線，工作時USB主機處于主模式，設備處于從模式。USB系統(tǒng)所需要的唯一的系統(tǒng)資源是，USB系統(tǒng)軟件所使用的內(nèi)存空間、USB主控制器所使用的內(nèi)存地址空間(I/O地址空間)和中斷請求(IRQ)線。USB設備可以是功能性的如顯示器、鼠標或者集線器之類。它們可以作低速或者高速設備實現(xiàn)。低速設備最大速率限制在1.5 Mb/s，每一個設備有一些專有寄存器，也就是端點(endpoint)在進行數(shù)據(jù)交換時，可以通過設備驅(qū)動間接訪問它。每一個端點支持幾種特殊的傳輸類型，并且有一個唯一的地址和傳輸方向。不同的是端點0僅用作控制傳輸，并且其傳輸可以是雙向的。

　　系統(tǒng)上電后，USB主機負責檢測設備的連接與拆除、初始化設備的列舉過程，并根據(jù)設備描述表安裝設備驅(qū)動后自動重新配置系統(tǒng)，收集每個設備的狀態(tài)信息。設備描述表標識了設備的屬性、特征，并描述了設備的通信要求。USB主機根據(jù)這些信息配置設備、查找驅(qū)動，并且與設備通信。

　　典型的USB數(shù)據(jù)傳輸是由設備驅(qū)動開始的，當它需要與設備通信時，設備驅(qū)動提供內(nèi)存緩沖區(qū)，用來存放設備收到或者即將發(fā)送的數(shù)據(jù)。USB驅(qū)動提供USB設備驅(qū)動和USB主控制器之間的接口，并將傳輸請求轉(zhuǎn)化為USB事務，轉(zhuǎn)化時需要與帶寬要求及協(xié)議結(jié)構(gòu)保持一致。某些傳輸是由大塊數(shù)據(jù)構(gòu)成的，這時需要先將它劃分為幾個事物再進行傳輸。

　　具有相似功能的設備可以組成一類，這樣便于分享共有的特性和使用共同的設備驅(qū)動程序。每個類可以定義其自己的描述符，如：HID類描述符和Report描述符。HID類是由人控制計算機系統(tǒng)的設備組成的，它定義了一個描述HID設備的結(jié)構(gòu)，并且表明了設備的通信要求。HID設備描述符必須支持端點輸入中斷，固件也必須包括一個報告描述符，表明接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的格式。在IC卡門禁考勤系統(tǒng)引入RS-232到USB的接口轉(zhuǎn)換模塊后，從系統(tǒng)所具有的特性來看，應該屬于HID設備。因此兩種特殊的HID類請求必須被支持：SetReport和GetReport.這些請求使設備能接收和發(fā)送一般的設備信息給主機。在沒有中斷輸出終端時，SetReport是主機發(fā)送數(shù)據(jù)給HID設備的唯一方式。

　　三、系統(tǒng)要求

　　為了實現(xiàn)IC卡門禁考勤系統(tǒng)中RS-232-USB的接口轉(zhuǎn)換，需要1臺支持USB的主機，同時還要提供主機上用于與外設通信的驅(qū)動，一般由操作系統(tǒng)提供。此外，還需開發(fā)在主機上執(zhí)行的客戶端應用程序。在設備端需要提供具有USB接口的主控制器芯片，以及編寫主控制器上執(zhí)行的USB通信代碼和用于執(zhí)行外設功能的相關代碼。

　　1、主機要求

　　主機必須能夠通過設備驅(qū)動接收USB數(shù)據(jù)，并且使這些數(shù)據(jù)對處理這些請求的應用程序有效。在主機中必須有一個驅(qū)動負責處理USB傳輸、辨識設備、向USB設備收發(fā)數(shù)據(jù);同時，還需要有一個設備驅(qū)動-虛擬化串行口，仿效真實的串口。這個驅(qū)動必須能夠像真實的串口接收和發(fā)送USB數(shù)據(jù)。

　　從應用的觀點，設備驅(qū)動必須能收發(fā)數(shù)據(jù)，可以通過使用一個虛擬化的串口或通過轉(zhuǎn)化為USB數(shù)據(jù)實現(xiàn)。微軟提供了一個叫作USB POS的設備驅(qū)動，它允許應用程序訪問USB設備時，好像它們連接到標準串口上一樣。系統(tǒng)大致結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。