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采用PDIUSBD12的USB系統(tǒng)固件程序設(shè)計(jì)
摘要：在設(shè)計(jì)USB系統(tǒng)的過(guò)程中，固件程序的編寫(xiě)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接影響到開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸速度。以Phillips公司的USB控制芯睡PDIUSBD12為例，介紹了在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)USB外設(shè)中。固件的作用以及固件程序的編寫(xiě)流程，并給出了相應(yīng)程序。USB（Universal Serial Bus）即通用串行總線(xiàn)，是現(xiàn)在非常流行的一種快速、雙向、廉價(jià)、可以進(jìn)行熱插撥的接口，在現(xiàn)在的每一臺(tái)PC機(jī)上都可以找到一對(duì)USB接口。在遵循USB1.1規(guī)范的基礎(chǔ)上，USB接口最高傳輸速度可達(dá)12Mb/ｓ：而在最新的USB2.0規(guī)范下,更可以達(dá)到480Mｂ／ｓ.同時(shí)它可以連接127個(gè)USB設(shè)備,而且連接的方式也十分靈活,既可以使用串行連接,也可以使用集線(xiàn)器(Hub)把多個(gè)設(shè)備連接在一起,再同PC機(jī)的USB接口相連.此外,它還可以從系統(tǒng)中直接汲取電流,無(wú)需單獨(dú)的供電系統(tǒng).USB的這些特點(diǎn)使它獲得了廣泛的應(yīng)用.但是使用上的方便則意味著開(kāi)發(fā)上的復(fù)雜,主要是編程的復(fù)雜性大大的增加了.
在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)USB外設(shè)的時(shí)候,開(kāi)發(fā)者主要需要編寫(xiě)三部分的程序: ①固件程序;②USB驅(qū)動(dòng)程序;③客戶(hù)應(yīng)用程序.本文主要闡述固件程序的編寫(xiě).
1 固件要完成的主要工作
固件是FIREWARE的對(duì)應(yīng)中文詞,它實(shí)際上是單片機(jī)的程序文件,其編寫(xiě)語(yǔ)言可以采用C語(yǔ)言或是匯編語(yǔ)言.它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密,包括USB設(shè)備的連接USB協(xié)議、中斷處理等，它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結(jié)合，開(kāi)發(fā)者需要對(duì)端口、中斷和硬件結(jié)構(gòu)非常熟悉。固件程序一般放入MCU中，當(dāng)把設(shè)備連接到主機(jī)上（USB連接線(xiàn)插入插孔）時(shí)，上位機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。因此。編寫(xiě)固件程序的一個(gè)最主要的目的就時(shí)讓W(xué)indows可以檢測(cè)和識(shí)別設(shè)備。
2 PDIUSBD12芯片特點(diǎn)
PDIUSBD12是一個(gè)性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)，并通過(guò)高速通用并行接口與微控制器進(jìn)行通信，而且支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)和成本。該器件使開(kāi)發(fā)成本低且高效的USB外圍設(shè)備的一種有效途徑。PDIUSDB12完全符合USB1.1規(guī)范，也能適應(yīng)大多數(shù)設(shè)備類(lèi)規(guī)范的設(shè)計(jì)，如成像類(lèi)、大容量存儲(chǔ)類(lèi)、通信類(lèi)、打印類(lèi)和人工輸入設(shè)備等。因此，PDIUSBD12非常適合做很多外圍設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、外部大容量存儲(chǔ)器（Zip驅(qū)動(dòng)器）和數(shù)碼相機(jī)等。現(xiàn)在很多用SCSI實(shí)現(xiàn)的很多設(shè)備如果用USB來(lái)實(shí)現(xiàn)可以直接降低成本。
PDIUSBD12還集成了SoftConnect、GoodLink、可編程時(shí)鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等特性。所有這些特性都能在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)節(jié)省成本，同時(shí)在外圍設(shè)備上很容易實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的USB功能。
3 PDIUSBD12固件程序的編寫(xiě)
USB設(shè)備啟動(dòng)流程如下：
（1） USB設(shè)備接入U(xiǎn)SB口，發(fā)出連接USB命令；
（2） 主機(jī)發(fā)出讀設(shè)備描述符兩次；
（3） 主機(jī)根據(jù)設(shè)備描述符——廠(chǎng)商ID、產(chǎn)品ID，啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；
（4） 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序初始化USB設(shè)備；
①讀設(shè)備描述符；
②讀配置描述符；
③選擇接口、端點(diǎn)（管道），確定傳輸方式。
圖1 PDIUSBD12測(cè)試電路連接圖
圖1是PDIUSBD12的電路連接圖。
USB固件程序程序由三部分組成：①初始化單片機(jī)和所有的外圍電路（包括PDIUSBD12）；②主循環(huán)部分，其任務(wù)是可以中斷的；③中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對(duì)時(shí)間敏感的，必須馬上執(zhí)行。根據(jù)USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機(jī)（Host）開(kāi)始的。單片機(jī)作它的前臺(tái)工作，等待中斷。主機(jī)首先要發(fā)令牌包給USB設(shè)備（這里是PDIUSBD12），PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機(jī)發(fā)中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類(lèi)型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。在USB單片機(jī)程序中，要完成對(duì)各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是SETUP包，主要是端口0的編程。
單片機(jī)與PDIUSBD12的通信主要是靠單片機(jī)給PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PDIUSBD12的命令字分為三種：初始化命令字、數(shù)據(jù)流命令字和通用命令字。PDIUSBD12數(shù)據(jù)手冊(cè)給出了各種命令的代碼和地址。單片機(jī)先給PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據(jù)不同命令的要求再發(fā)送或讀出不同的數(shù)據(jù)。因此，可以將每種命令做成函數(shù)，用函數(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)命令，以后直接調(diào)用函數(shù)即可。
下面的程序是處理主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)控制請(qǐng)求的一個(gè)模板：
unsigned char ENDPOINT_A0_FIFO[8]；
//判斷輸入的是SETUP請(qǐng)求，并將其讀入緩沖區(qū)ENDPOINT_A0_FIFO
…
if((ENDPOINT_A0_FIFO[0]
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