基于USB接口設(shè)備的固件程序設(shè)計(jì)

一、 引言
USB是應(yīng)用在PC領(lǐng)域中的新型接口技術(shù)，它由三部分組成：具有USB接口的PC系統(tǒng)，能夠支持USB的系統(tǒng)軟件和使用USB接口的設(shè)備。它的提出是基于采用通用連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接，達(dá)到方便用戶、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目地。它的最顯著優(yōu)點(diǎn)是支持熱插拔，當(dāng)用戶插入U(xiǎn)SB外設(shè)后，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別接入的外設(shè)，而不需要重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
二、USB設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)
為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，也便于選擇高性能的單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)更多的功能，我們使用較為廣泛的Philip公司的單純的接口芯片PDIUSBD12。下面介紹USB設(shè)備硬件的相關(guān)情況。
1. PDIUSBD12芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
芯片內(nèi)部集成SIE、320B的FIFO緩存、收發(fā)器以及電壓調(diào)整電路和終結(jié)電阻器，提供2MB/s速率的并行接口，具有全自治本地DMA功能，芯片提供的多重中斷模式有利于批量和等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模式。芯片還提供了可編程時(shí)鐘、上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路。
2. PDIUSBD12芯片的控制字
D12的控制字分為初始化命令、數(shù)據(jù)流命令和通用命令三種基本類型。在USB 設(shè)備列舉過(guò)程中使用初始化命令，這些命令用來(lái)啟動(dòng)設(shè)備、設(shè)置地址、端點(diǎn)和工作模式。數(shù)據(jù)流命令用于管理USB 和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)流。很多數(shù)據(jù)流是通過(guò)一個(gè)發(fā)給單片機(jī)的中斷請(qǐng)求開(kāi)始的?？刂破魇褂脭?shù)據(jù)流命令來(lái)存取數(shù)據(jù)，確認(rèn)在FIFO中的數(shù)據(jù)是否有效。通用命令主要在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中使用，包括恢復(fù)和讀取當(dāng)前幀號(hào)。
3. PDIUSBD12 與單片機(jī)的連接
以PDIUSBD12和89C52單片機(jī)之間的連接如圖所示，ALE接到單片機(jī)的ALE上，使用地址總線復(fù)用方式。A0通過(guò)電阻接VCC。VCC接+5V，VOUT3.3通過(guò)電容接地，同時(shí)腳20RESET_N和腳18DMACK_N接高電平。GND接地。8根數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線。腳11CS_N端接至控制器或譯碼器的相應(yīng)端， PDIUSBD12可以通過(guò)CS_N端，映射為控制器的任何地址。腳14中斷接至控制器的中斷線，并用電阻拉高。XTAL1和XTAL2接6MHZ晶振，EOT_N拉高，D-、D+分別接到USB 總線的D-、D+上。在實(shí)際產(chǎn)品中，腳21GL_N可接LED顯示設(shè)備狀態(tài)。

三、USB設(shè)備固件的設(shè)計(jì)
固件的設(shè)計(jì)要求非常熟悉USB設(shè)備的具體通信步驟以及單片機(jī)的指令系統(tǒng)。
1. 固件介紹
PDIUSBD12是一種高速并行總線的USB接口設(shè)備,支持本地DMA傳輸.固件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使D12在USB上能達(dá)到最快的傳輸率。外圍設(shè)備如打印機(jī)等使用D12傳送大量的數(shù)據(jù)。這些設(shè)備中的CPU忙于處理許多任務(wù)象設(shè)備控制，數(shù)據(jù)和圖象處理。D12的固件設(shè)計(jì)成完全的中斷驅(qū)動(dòng)模式。當(dāng)CPU在處理前臺(tái)任務(wù)時(shí)，USB傳輸在后臺(tái)被處理。這保證了最好的傳輸率和較好的軟件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了編程和調(diào)試。
在后臺(tái)中斷服務(wù)程序和前臺(tái)主程序之間的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如， D12主要的大量輸出端點(diǎn)用一個(gè)圓形的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。當(dāng)D12從USB接收到數(shù)據(jù)封包，就向CPU產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU會(huì)馬上執(zhí)行中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序內(nèi)部，固件把數(shù)據(jù)封包從D12的內(nèi)部緩沖區(qū)送到圓形緩沖區(qū)，然后清除PDIUSBD12的內(nèi)部緩沖區(qū)使它能接收下一個(gè)新的數(shù)據(jù)包。CPU能繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前前臺(tái)的任務(wù)直到完成。然后它返回到主循環(huán)，檢查圓形緩沖區(qū)是否有新的數(shù)據(jù)，開(kāi)始另外一個(gè)前臺(tái)任務(wù)。
使用這種結(jié)構(gòu)，主函數(shù)不關(guān)心數(shù)據(jù)源是來(lái)自USB設(shè)備，串行口還是并行口。主函數(shù)只檢查圓形緩沖區(qū)是否有新數(shù)據(jù)需要處理。因此，主函數(shù)將目標(biāo)定為數(shù)據(jù)處理，而中斷服務(wù)程序做的工作是以可能的最快速度傳送數(shù)據(jù)。類似地，控制端點(diǎn)在數(shù)據(jù)封包處理上使用了同樣的概念。中斷服務(wù)程序在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里接收和存儲(chǔ)控制傳輸內(nèi)容并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志寄存器。主函數(shù)將發(fā)送請(qǐng)求到協(xié)議處理程序。一旦所有的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，類，和用戶請(qǐng)求在協(xié)議處理程序處理了，中斷服務(wù)程序就能保持它的效率。
2. 固件結(jié)構(gòu)和任務(wù)
1) 固件結(jié)構(gòu)
固件由6部分組成,它們?nèi)缦? 主程序：發(fā)送USB設(shè)備請(qǐng)求,讀測(cè)試鍵,控制發(fā)光二極管,處理USB總線事務(wù),等等、標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求、用戶請(qǐng)求、中斷服務(wù)程序、PDIUSBD12命令接口、硬件層。下面依次簡(jiǎn)略介紹：