嵌入式系統(tǒng)的USB虛擬串口設(shè)計

4 基于AT89C5131的CDC類的實現(xiàn)

　　AT89C5131與USB接口的硬件連接很簡單，選用一個Btype的USB插座，因為按照USB規(guī)范，從設(shè)備使用Btype的USB插座，主設(shè)備使用Atype的USB插座，將Btype的USB插座的D+和D-腳分別與AT89C5131上的D+和D-腳相連。然后再在電源和D+之間用一個1.5 kΩ的上拉電阻連接，因為按照USB規(guī)范，USB主設(shè)備是通過從設(shè)備在插入時D+和D-上的絕對電平來確定從設(shè)備是一個全速設(shè)備還是一個低速設(shè)備的，而AT89C5131是一個全速設(shè)備，所以需要將D+上拉。

　　下面介紹虛擬串口的單片機軟件設(shè)計與實現(xiàn)。首先來看一下終端點的分配，按照CDC類抽象控制模型對終端點的需求，將單片機0號終端點和1號終端點分配給通信接口子類，分別作為控制終端點（完成枚舉和串口參數(shù)設(shè)置）和中斷終端點，而將2號和3號終端點分配給數(shù)據(jù)接口子類，分別作為IN和OUT終端點，虛擬串口的數(shù)據(jù)主要從這兩終端點來進(jìn)行傳送。

　　由于各個終端點的行為相對獨立，對于每個終端點的控制過程又有相似性，在這里以2號終端點即作為數(shù)據(jù)接口的IN終端點為例，說明軟件是如何對終端點進(jìn)行操作和控制的，其控制流程圖如圖4所示。2號終端點是一個IN的終端點，它的主要工作是模擬物理串口的TXD線，向主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)主設(shè)備發(fā)出IN的請求時，如果FIFO不空，就向主設(shè)備發(fā)送FIFO的內(nèi)容；如果FIFO為空，則向主設(shè)備發(fā)送一個空包作為回應(yīng)。AT89C5131在收到IN的請求時，會觸發(fā)USB中斷（如果被使能），在中斷處理程序中，如圖4所示，首先判斷中斷的觸發(fā)源是哪個終端點，如果是2號終端點，將USB寄存器組映射到2號終端點的那一組，然后將需要發(fā)送的串口數(shù)據(jù)填入FIFO寄存器（UEPDATX），置位UEPSTAX的TXRDY位，表示FIFO中的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，這時USB接口就會自動響應(yīng)IN請求，并將FIFO中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，程序則可退出中斷服務(wù)程序。對于其他的終端點，其處理過程也是相似的。

軟件使用Keil C51為編譯系統(tǒng)，為了便于和系統(tǒng)的其他程序集成，采用標(biāo)準(zhǔn)字符型設(shè)備的API接口usb_getc()和usb_putc()，使程序具有很好的移植性。應(yīng)用程序?qū)雍瘮?shù)（usb_getc()和usb_putc()）與USB中斷處理程序通過兩個先進(jìn)先出FIFO循環(huán)隊列(TX和RX)來交換數(shù)據(jù)，這樣有效的起到收發(fā)緩沖的作用，防止緩沖溢出。

5 總結(jié)

　　在單片機上實現(xiàn)基于CDC類的USB虛擬串口很好的適應(yīng)了當(dāng)前計算機外設(shè)接口的發(fā)展，同時因為這樣的接口在PC操作系統(tǒng)中仍然映射為一個串口，所以又避免了大量的PC端調(diào)試程序和應(yīng)用程序的重新編寫。