RS 232接口轉(zhuǎn)USB接口的通訊方法

　　2、設(shè)備要求

　　在定義即將使用的微控制器時(shí)，必須說明一些通信要求，如：通信速率、頻率、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量等。考慮到IC卡門禁考勤系統(tǒng)有效的通信速率，可以把轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)低速的設(shè)備使用，低速設(shè)備通信速度可以在10~100 Kb/s的范圍變化。考慮到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和傳輸?shù)念l率，此系統(tǒng)中使用中斷的傳輸類型，中斷傳輸可以在2個(gè)方向進(jìn)行，但不能同時(shí)進(jìn)行，這種類型的傳輸要求在規(guī)定的時(shí)間里完成相當(dāng)大數(shù)據(jù)量的傳輸任務(wù)。

　　對于轉(zhuǎn)換模塊，它可以用于PC機(jī)的數(shù)據(jù)收發(fā)，操作系統(tǒng)提供了HID驅(qū)動，允許使用中斷傳輸模式。對于低速設(shè)備的一個(gè)事務(wù)，中斷傳輸最大的包容量是8字節(jié)，如果需要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。則必須把它分割為很多事務(wù)。

　　轉(zhuǎn)換模塊要定義的另一個(gè)特性是所需端點(diǎn)數(shù)。如上所述，端點(diǎn)是微控制器在USB通信過程中所用來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。此系統(tǒng)中，該轉(zhuǎn)換器定義了2個(gè)端點(diǎn)：一個(gè)端點(diǎn)(端點(diǎn)0)用來控制傳輸，另一個(gè)端點(diǎn)是中斷輸入端點(diǎn)，定義為發(fā)數(shù)據(jù)給PC機(jī)。

　　根據(jù)以上要求，通過研究比較現(xiàn)有的微控制器，考慮到如內(nèi)存空間、價(jià)格和開發(fā)包等因素，我們選用Cypress家族的一種8位RISC微控制器CY7C*XX/5XX.它使用哈佛總線結(jié)構(gòu)，是對較高I/O要求的低速應(yīng)用設(shè)備的低價(jià)解決方案。

　　圖2為IC卡門禁考勤系統(tǒng)USB通信實(shí)現(xiàn)硬件方框原理圖。

　四、軟件設(shè)計(jì)和執(zhí)行

　　系統(tǒng)軟件由6部分組成：定義描述符、設(shè)備檢測和列舉、端點(diǎn)中斷服務(wù)程序、USB數(shù)據(jù)交換模塊、串行口數(shù)據(jù)交換模塊、USB/Serial模塊接口。下面簡要描述其中部分模塊程序的功能和實(shí)現(xiàn)思想。

　1、描述符定義

　　描述符是數(shù)據(jù)結(jié)果或信息的格式化塊，它可以使主機(jī)知道這個(gè)設(shè)備。每個(gè)描述符包含了這個(gè)設(shè)備整體的信息或者某個(gè)元素的信息。所有的USB外設(shè)必須響應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)的USB描述符的請求。

　　該系統(tǒng)中使用了1個(gè)接口和2個(gè)終端(控制和中斷輸入)。由于受Win98的限制還不能使用中斷輸出終端，因此為了解決這個(gè)問題，我們通過在端點(diǎn)0中使用SetReport傳輸PC機(jī)欲送往IC卡門禁考勤設(shè)備的數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)接收是在Output Reports中完成的。根據(jù)送往IC卡門禁考勤設(shè)備最大的數(shù)據(jù)量，系統(tǒng)定義為16K個(gè)8位域。發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)是在輸入報(bào)告中完成的，它是8K個(gè)8位域。

　　2、設(shè)備檢測和列舉

　　當(dāng)1個(gè)USB人機(jī)接口類(HID)設(shè)備第一次連接到總線，它將被總線供電但仍然非功能性等待1個(gè)總線復(fù)位。D-端的上拉電阻通知Hub連接上了新的設(shè)備，主機(jī)也同時(shí)知道了新連接的USB設(shè)備，并將它復(fù)位。緊跟輸入包之后，主機(jī)發(fā)送1個(gè)配置包，從缺省地址0處讀取設(shè)備描述符。讀到描述符后，主機(jī)將分配一個(gè)新的地址給設(shè)備，并繼續(xù)查詢關(guān)于設(shè)備描述、配置描述、人機(jī)報(bào)告描述的信息，設(shè)備將開始對新分配的地址作出反應(yīng)。根據(jù)從設(shè)備處返回的信息。主機(jī)知道了被設(shè)備支持的數(shù)據(jù)終端的數(shù)量，完成列舉過程。列舉結(jié)束后，Windows將把新的設(shè)備加入到控制面板的設(shè)備管理器中顯示。

　　為此，在微控制器中必須寫入訪問描述符的代碼，這樣便于對主機(jī)在列舉設(shè)備時(shí)發(fā)送的請求作出有效的辨識和響應(yīng)。在設(shè)備方面需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)INF文件，使Windows能夠辨識設(shè)備，并且為設(shè)備找到其驅(qū)動。由于操作系統(tǒng)提供了簡單的INF文件，因此，開發(fā)中只需要編寫寫入到微控制器中的程序。

　　3、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過程

　　發(fā)送數(shù)據(jù)到門禁考勤系統(tǒng)是通過控制端點(diǎn)0中使用SetReport來完成的。主機(jī)先向門禁考勤系統(tǒng)請求發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)備響應(yīng)請求后，主機(jī)便開始執(zhí)行。當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)設(shè)備的終端0時(shí)，將對設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)中斷。此時(shí)相應(yīng)的中斷服務(wù)程序便將數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。一旦進(jìn)入端點(diǎn)0的中斷服務(wù)程序，所有的中斷必須關(guān)閉，確保能夠正確地復(fù)制數(shù)據(jù)。

　　微處理器的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)編程為可以接收64個(gè)字節(jié)，這個(gè)值是存放在設(shè)置包的包頭請求信息中。從主機(jī)處接收到的最大包大小，是根據(jù)它將發(fā)送給門禁考勤系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)量來決定的。

　　系統(tǒng)還使用了Put_command線程，通過1個(gè)I/O端口引腳，向門禁考勤系統(tǒng)串口發(fā)送數(shù)據(jù)。在執(zhí)行此線程時(shí)，根據(jù)串口通信協(xié)議插入了起始位、停止位以及相應(yīng)的延時(shí)。

　　從門禁考勤系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的過程是利用端點(diǎn)1完成的。端點(diǎn)1配置為1個(gè)中斷輸入端點(diǎn)，當(dāng)有1個(gè)起始位到達(dá)引腳時(shí)，GPIO中斷必須打開，并關(guān)閉所有其它類型中斷。設(shè)計(jì)中通過使用1個(gè)Get_Serial線程來收集I/O引腳發(fā)出的串行數(shù)據(jù)，并把它存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。同時(shí)該線程負(fù)責(zé)檢驗(yàn)接收到的起始位和停止位的正確性。當(dāng)收到8個(gè)字節(jié)時(shí)，將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)復(fù)制到終端1的緩沖區(qū)，并且允許微處理器響應(yīng)中斷輸入請求。

　　考慮到一般串行口的有效波特率的范圍在300~19 200 bps，我們按處于最大波特率19 200 bps的情況來考慮。傳輸1個(gè)字符需要時(shí)間接近0.75ms;而1個(gè)輸入中斷大約每10 ms送1個(gè)8字節(jié)的數(shù)據(jù)包，因此設(shè)計(jì)1個(gè)128字節(jié)的快速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)便可以保證不會丟失數(shù)據(jù)。

　　RS-232-USB接口轉(zhuǎn)換模塊用于改進(jìn)我們的IC卡門禁考勤系統(tǒng)，使用效果良好。