USB HOST技术在单片机.docVIP

关键词：USB主机 ISP1161 传输协议 批量传输 设备枚举 FAT16 本文以USB HOST技术为核心，介绍USB HOST技术在单片机上的实现。，重点介绍USB HOST技术在嵌入式系统读写优盘上的应用。 1 USB HOST技术简介 USB的通信可以用图1表示。图1中，左半部分为USB主机端，可以看出，USB主机端由两部分构成，即软件体和硬件体。实际上是三个软件组件组成了USB HOST解决方案，即USB客户驱动程序、USB驱动程序和USB主机控制器驱动程序。应用程序的事务处理是由USB客户驱动程序（设备驱动程序）启动时，客户驱动程序把USB设备当作一个可以被访问的端点集合，它可以被控制并与它的功能单元进行通信。USB系统软件包括USB驱动程序和USB主控制器驱动程序，USB驱动程序负责配置管理、用户管理、总线管理和数据传输管理；以及数据的位编码、封包、循环校验、发送、错误处理等。 2 基于ISP1161控制器USB HOST的实现原理 USB控制器大致分为三类：第一类是支持1.0协议的，这类已经很少见了；第二类是支持1.1协议的控制器；第三类是支持2.0协议的控制器。根据不同场合，后两种应用比较广泛,2.0接口主要用在计算机上，依靠操作系统实现数据高速传输。支持1.1协议的芯片除了用于计算机上，还有少数是为嵌入式系统中实现USB HOST而设计的。如Cypress的SL811、Philips的ISP1160、ISP1161等。 USB主机端的硬件部分是由处理器、USB-HOST控制器和根集线器组成，图2是由微控制器MSP430F149和USB控制器ISP1161实现USB HOST的电路原理。图2分为4个部分：微处理器、USB控制器、电源管理模块和USB接口电路。从概念上还应有一个USB根集线器（USB Hub），实际根集线器被集成在USB HOST控制器中。 ISP1161是Philips设计的USB主机/设备控制器。内部有1个USB主机控制器和1个设备控制器，符合USB2.0协议，支持全速和低速传输。主机和设备控制器共享相同的接口总线，带有2个USB下行端口和1个USB上行端口。图2中使用接口1作为HOST下行端口。每个下行端口有各自的过流检测电路，图2中使用PHP109检测端口供电电流， 高于500mA将停止对总线供电。 MSP430和ISP1161的数据传输可以通过PIO（程控输入输出）方式或DMA（直接存储器访问）方式进行传输，在ISP1161进入工作状态前，要进行一系列初始化，包括检测器、复位控制器、初始化硬件配置、设置中断、设置Buffer(缓冲区)大小等。使ISP1161的主机控制器处于工作状态，真正用于发送到总线的数据被放置于ISP1161内部的缓冲区内。 这时值得一提的是“传输描述符”这个概念，它是ISP1161工作的核心概念。在缓冲区内放置的数据是以传输描述符为单位，传输描述符作用是描述了本次传输需要完成的任务。描述符分为描述符头和描述符负载数据。描述符头表征了这个描述符的传输类型、封包最大宽度、传输速度、传输对象、传输端点、负载数据的长度等。传输描述符的另一个作用体现在传输后。每次传输执行完毕后，传输描述符的内容会有相应的改变，体现在传输描述符头中，表征了本次传输的结果，包括传输了多少字节，传输中发生了什么错误等。 3 USB主机端对设备的枚举 从USB设备插入接口开始到客户驱动程序能够使用该设备还有一段路径，这一段就被称作为设备的识别过程，又成为枚举过程。枚举过程是任何USB设备使用前必经的过程。USB主机端需要知道这是一个低速设备还是全速设备，需要知道这个设备具有的能力，以便载入相应的设备驱动程序，下面具体介绍一下实现步骤。 首先，捕捉设备的插入。USB设备是即插即用设备，系统在设备插入的瞬间要捕捉到这一信息，ISP1161是通过内部的Hub完成这一任务的。Hub端口的两根信号线（D+和D-）的每一根都有一个子15kΩ的下拉电阻，而一个设备在D+（全速设备）或D-（低速设备）上有一个1.5kΩ的上拉电阻。当设备插入到一个端口时，设备的上位电阻信号为高。Hub以此检测到一个设备已连接上了，并报告给主机控制器，然后，在与处理器的接口上产生中断。主机知道后，通过读取Hub相关寄存器来了解诸如设备速度等更多信息。 而后，Hub重新设置该设备。当主机知道有一新设备时，主机给Hub相关寄存器写命令，让Hub来重新设置端口。Hub使设备的USB数据线处在重启状态（D+和D-均为逻辑低）至少10ms，当Hub释放了重启状态，设备就处在默认状态了（D+和D-均为逻辑低）至少10ms，当Hub释放了重启状态，设备就处在默认状态了（设备的USB寄存器已经处在它们的默认状态）。此时，设备已准备发通过Endpo