基于Linux下USB主機接口設計

由于人們對數(shù)字形式信息的需求量越來越大，數(shù)據(jù)通信及其應用技術受到越來越廣泛的關注和應用。隨著技術的發(fā)展。USB通信正向高速、方便快捷、穩(wěn)定可靠的方向發(fā)展。目前，大多數(shù)USB設備都是需要與PC機相連進行通信，而USB設備之間的通信則無法實現(xiàn)。而對于一些處在特殊環(huán)境下的稱重設備的數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)升級，PC機很不方便實現(xiàn)，因此迫切要求開發(fā)出能夠識別USB設備的主機端口。這樣使用U盤等設備就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)設計在AT91SAM7X256控制器的基礎上，增加了主機端口，適用于工礦企業(yè)中稱重設備的數(shù)據(jù)更新和系統(tǒng)升級。

1 系統(tǒng)整體方案
USB(Universal Serial Bus)即通用串行總線，提供一種兼容不同速度的、可擴充的，使用方便的外圍設備接口，同時也是為解決計算機接口太多等問題而設計的。在嵌入式系統(tǒng)中如果處理器集成了OHCI標準的USB主機控制器，則直接就可以引出USB主控端口：而對于沒有集成的處理器，則需要使用USB主控器件，從總線上擴展USB主機接口。很多IC制造商都提供這種主控器件，如Scanlogic公司的SL811HS／T等。在編寫USB設備驅動程序設計時，可以分為3部分編寫：主機端設備驅動程序、主機控制器驅動程序設計和設備端驅動程序。對于一些不具備USB主機端口的設備，為了實現(xiàn)通信的方便、快捷性，如與U盤直接通信等設備是完全有必要在原來設備的基礎上擴展USB主機端口。

該系統(tǒng)硬件設計是由電源、復位、時鐘電路、以太網(wǎng)口、USB主機和設備端口以及串口組成，其結構框圖如圖1所示。其中，以太網(wǎng)口用于將設備接入網(wǎng)絡實行遠程管理和監(jiān)控。將設備的數(shù)據(jù)接入Internet，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，適用于工礦企業(yè)設備的集中化管理和維護。USB主機端口通過主機控制器SL811HS／T與控制器AT9lSAM7X256相連，進行數(shù)據(jù)通信。USB設備端口作為與PC機通信的接口。該系統(tǒng)設計的創(chuàng)新在于該設備拋開了PC機，既可作為主機，也可作為外設，并與其他0TG設備直接實現(xiàn)點對點通信。

2 硬件電路設計
USB主機與設備之間的通信最終都是通過USB主機控制器和USB設備的總線接口間的電纜實現(xiàn)的，任何一個輸出請求都是由主機控制器組成包的形式發(fā)往總線的。USB,總線中只有一個主機，它是USB樹形結構的根，通過一個根HUB提供一個或多個連接點，由其連接各個USB設備。
2．1 核心器件選型
該系統(tǒng)設計選用Scanlogic公司的SL811HS／T作為USB主機接口器件，該器件是既能用作Host模式又能用作Slave模式的，具有標準微處理器總線接口USB控制器，適用于非PC設備在Host模式下，它支持嵌入式主機與USB外圍設備的通信，在Slave模式下，可作為主機的一個外設。SL811HS具有以下特點：是遵循USBl．1協(xié)議的嵌入式USB Host／Slave器件；提供8 bit寬數(shù)據(jù)總線及中斷支持，方便與微處理器、微控制器連接；通過硬件設置或軟件設置，工作在Host或Slave模式；自動探測所接設備是低速設備還是高速設備：8 bit雙向數(shù)據(jù)總線；片上SI-E、USB收發(fā)器；軟件控制下運行為單個USB主或從設備主機或從設備模式有1．5 Mb／s的低速，12 Mb／s的全速，自動識別低速和全速設備8位雙向數(shù)據(jù)，工作于12 MHz或48 MHz晶振或振蕩器。
微處理器是系統(tǒng)核心，其性能直接決定該系統(tǒng)設計的準確性，穩(wěn)定性和可靠性?；诒鞠到y(tǒng)對精度和實時性的要求。選用ATMEL公司的AT9lSAM7X256單片機。它具有以下特點：1)內部集成ARM7TDMI ARM Thumb處理器，支持嵌入式ICE內電路仿真以及調試通信接口：2)復位控制器(RSTC)，基于上電復位單元，提供外部信號整形和復位源狀態(tài)；3)時鐘發(fā)生器(CKGR)，低功耗RC振蕩器，3～20 MHz片上振蕩器和1個PLL；4)電源管理控制器(PMC)，具有電源優(yōu)化功能，包括慢速時鐘模式(低于500 Hz)和空閑模式，4個可編程外部時鐘信號；5)USB2．0全速(每秒12Mbit)設備接口，具有片上收發(fā)器，大小為1 352字節(jié)的可配置成FIF0；6)10／100base-T(Mb／s)的以太網(wǎng)口；7)提供片上1．8 V穩(wěn)壓器，
為內核及外部組件提供高達100 mA的電流，3．3 V VDDIO提供I／O線電源，獨立的3．3 V VDDFLASH提供Flash電源，具有掉電檢測的1．8 V VDDCORE提供內核電源。
2．2 AT91SAM7X256的USB設備端口設計
AT91SAM7X256的USB設備端口原理圖，如圖2所示。由于AT91SAM7X256支持USB2．0全速(每秒12 Mbit)設備接口，故AT91SAM7X256的2個引腳DDM和DDP與外界USB相連，直接實現(xiàn)USB設備端口。