基于虛擬存儲(chǔ)器的USB下載線設(shè)計(jì)

0 引言
隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，支持ISP(In-SystemProgramming)或IAP(In-Application Programming)的單片機(jī)芯片日益增加，這類單片機(jī)芯片的應(yīng)用程序?qū)懭氩捎昧嗽诰€下載的方式。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接端口也從串口或并口逐步過渡到USB(Universal SerialBus)口。由于USB口具有高速、使用靈活方便等特點(diǎn)，單片機(jī)程序下載連接口也更加廣泛地應(yīng)用USB口。但是，USB口與單片機(jī)連接的下載線在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上還是與串、并口連接一樣，不同的單片機(jī)采用不同的下載線，也對(duì)應(yīng)有不同的下載軟件和硬件驅(qū)動(dòng)程序。這些軟件和程序隨著功能的完善和操作改進(jìn)等原因具有不同的版本。這就造成下載線的使用者需要不斷更新軟件，也讓使用者在更換單片機(jī)時(shí)不僅更換下載線，還要熟悉新的下載軟件及使用方法。為此，如果能設(shè)計(jì)一種不需要下載軟件的下載線或統(tǒng)一操作的下載軟件，則能大大提高單片機(jī)程序下載線的通用性及操作效率。設(shè)計(jì)一種通用而不需下載軟件的USB接口的單片機(jī)的下載線就顯得尤其必要。

1．硬件設(shè)計(jì)
1．1 設(shè)計(jì)分析
單片機(jī)USB接口下載線對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，就是一個(gè)USB外部設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中不需要安裝額外的下載線驅(qū)動(dòng)程序和操作軟件，盡可能使用操作系統(tǒng)已有的USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)命令或軟件作為下載線的驅(qū)動(dòng)程序及操作軟件。在對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)行分析和比較下，目前計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中都帶有U盤的驅(qū)動(dòng)程序，資源管理器就是一個(gè)現(xiàn)有的磁盤操作軟件。若將下載線虛擬為一個(gè)U盤，即從計(jì)算機(jī)角度將下載線和目標(biāo)單片機(jī)視為一個(gè)虛擬磁盤，計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)單片機(jī)的程序下載變?yōu)橛?jì)算機(jī)對(duì)磁盤的寫操作。
當(dāng)下載線系統(tǒng)接收到計(jì)算機(jī)寫入該磁盤的文件時(shí)，通過下載線系統(tǒng)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理后把數(shù)據(jù)寫入目標(biāo)單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序下載。下載線系統(tǒng)完成對(duì)計(jì)算機(jī)的磁盤響應(yīng)和程序的控制和傳輸，這樣既能保證在所有計(jì)算機(jī)上都可以通用，又實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)中不需要專用的下載程序，只需要如磁盤操作一樣進(jìn)行復(fù)制、粘貼或其他文件復(fù)制操作即可將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。
下載線硬件系統(tǒng)如圖1所示。

1．2 硬件設(shè)計(jì)
在分析各種USB接口芯片后，選用Philips公司的PDIUSBDl2作為系統(tǒng)的USB接口芯片，實(shí)現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接口。該芯片采用了USB 1．1標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)采用USB 1．1及USB 2．O接口標(biāo)準(zhǔn)，采用PDIUSBDl2作為下載線與計(jì)算機(jī)的接口芯片能夠滿足設(shè)計(jì)需要。
為了實(shí)現(xiàn)可靠的程序下載，對(duì)目標(biāo)單片機(jī)的接口電路選用原Altra的并口驅(qū)動(dòng)芯片74HC244作為下載線與目標(biāo)單片機(jī)的接口驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片是三態(tài)的總線驅(qū)動(dòng)芯片，在寫入和讀出目標(biāo)單片機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力和較小的延時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)正常的程序下載，在程序下載完成后，該芯片工作于高阻態(tài)，使下載線不影響目標(biāo)單片機(jī)的正常工作。系統(tǒng)電路原理如圖2所示。