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基于嵌入式ARM9的USB设计与实现

引言

USB(UniversalSerialBus)是通用串行总线的缩写，因其具有方便易用，动

态分配带宽，容错性优越和高性价比等特点，现已成为计算机的主流接口。

随着嵌入式系统的广泛应用，各种小型终端需要开发出与外界联系的USB

接口。目前，常用的技术有两种。基于单片机的USB接口，特点是需要外置芯片，

电路复杂，留下的CPU资源不多；基于ARM的USB接口，特点是资源丰富，但

ARM系列产品较多，如果选型不当，还需要搭接较多的外围电路，且不能很好地

发挥CPU性能。

1USB接口原理

USB1.1规范[1]将USB分为5部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱

动程序、USB设备以及针对不同USB设备的客户端驱动程序。

(1)控制器（HostController）主要负责执行由控制器驱动程序发出的命

令。

(2)控制器驱动程序（HostControllerDriver）,在控制器与USB设备间

建立通信

管道（Pipe）。

(3)USB驱动程序（USBDriver），提供对不同USB设备及芯片的支持。

(4)USB设备（USBDevice）,有两类USB设备：一类称为功能设备

（Function），另

一类是称为USB集线器（HUB）,可以连接多个USB设备。

(5)USB设备驱动程序（ClientDriverSoftware）及特定应用程序。主控

制器的驱动软件由操作系统支持，USB设备开发人员一般只需编写客户

驱动程序，实现特定功能，设备端所有功能软件需要全面设计。USB的

四种数据传输模式分别是：控制型传输、中断型传输、批量型传输、实

时型传输。第一种在缺省通道中传输USB接口本身的配置等控制信息，

后面三种用于功能部件传输数据。中断型用于键盘等的异步输入输出少

量数据传输，批量传输主要用于象硬盘等块设备的数据传输，在中断和

批量的传输过程中要传递交互握手信号，确保数据准确无误。实时传输

对带宽有严格要求，但允许有一定误码，省去了交互握手信号的传递，

常用于音视频码流数据传输。四种类型数据都按带宽要求分配在1ms一

帧的数据帧内进行传输，连到端点(EndPoint)通道.

1.1嵌入式系统USB接口设计

要满足高性能ARM嵌入式系统的要求，扩展USB接口必须选择高性能USB控

制器芯片，Philips公司的PDISUBD12USB器件，是与微处理器配合使用的高

性能USB接口器件，性价比很高[2][4]。PDIUSBD12主要特性有：

(1)符合USB1.1技术规范；

(2)USB控制器并行接口与处理器间的数据传输速度高达2M字节/秒；

(3)在批量模式和同步模式下均可实现1M字节/秒的数据传输速率；

(4)集成了FIFO存储收发器，支持DMA操作；

(5)内置时钟倍频PLL电路，可编程时钟频率输出；

(6)多中断模式实现批量和同步传输；

1.2音频码流USB设备驱动程序

Windows2000中各种USB设备客户驱动程序结构框架基本相同，可以从

Windows2000

DDK中获得USB设备驱动程序范例代码，对范例代码作少量修改就可以满

足特定功能需要。图1显示了驱动程序各层间的数据传递关系，底层USB主

控制器驱动程序（USBHost

Driver）由操作系统提供支持，设备驱动程序只需要对USBHostDriver上

传的I/O数据包IRP作出响应，并把要输出数据以IRP形式下传给USBHost

Driver即可[5][6]。在ISO（实时型）模式下传输音频码流，USB客户程序

除了WDM(WindowsDriverModel)

驱动常规处理外，必须计算好带宽，并为驱动程序在非分页存储区内分配好

环行缓冲区