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標(biāo)題: 使用 PDIUSBD12的 USB 系統(tǒng)固件程序設(shè)計 [打印本頁]

作者: estgdan 時間: 2011-4-25 15:25
標(biāo)題: 使用 PDIUSBD12的 USB 系統(tǒng)固件程序設(shè)計
摘要：在設(shè)計 USB 系統(tǒng)的過程中，固件程序的編寫是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接影響到開發(fā)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸速度。以 Phillips 公司的 USB 控制芯片 PDIUSBD12 為例，介紹了在設(shè)計開發(fā) USB 外設(shè)中。固件的作用以及固件程序的編寫流程，并給出了相應(yīng)程序。
   關(guān)鍵詞：USB 固件程序 PDIUSBD12 端點單片機

USB（Universal Serial Bus）即通用串行總線，是現(xiàn)在非常流行的一種快速、雙向、廉價、可以進(jìn)行熱插撥的接口，在現(xiàn)在的每一臺 PC 機上都可以找到一對 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.同時它可以連接127個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,也可以使用集線器(Hub)把多個設(shè)
備連接在一起,再同 PC 機的 USB 接口相連.此外,它還可以從系統(tǒng)中直接汲取電流,無需單獨的供電系統(tǒng).USB 的這些特點使它獲得了廣泛的應(yīng)用.但是使用上的方便則意味著開發(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)計開發(fā)一個USB外設(shè)的時候,開發(fā)者主要需要編寫三部分的程序: ①固件程序;②USB驅(qū)動程序;③客戶應(yīng)用程序.本文主要闡述固件程序的編寫.

1 固件要完成的主要工作

固件是 FIREWARE 的對應(yīng)中文詞,它實際上是單片機的程序文件,其編寫語言可以采用 C 語言或是匯編語言.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，開發(fā)者需要對端口、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)備連接到主機上（USB 連接線插入插孔）時，上位機可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。因此。編寫固件
程序的一個最主要的目的就時讓 Windows 可以檢測和識別設(shè)備。

2 PDIUSBD12芯片特點

PDIUSBD12 是一個性能優(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現(xiàn)一個 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發(fā)時間、風(fēng)險和成本。該器件使開發(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)備類規(guī)范的設(shè)計，如成像類、大容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設(shè)備等。因此，PDIUSBD12非常適合做很多外圍設(shè)備，如打印機、掃描儀、外部大容量存儲器（Zip 驅(qū)動器）和數(shù)碼相機等。現(xiàn)在很多用 SCSI 實現(xiàn)的很多設(shè)備如果用 USB 來實現(xiàn)可以直接降低成本。

PDIUSBD12還集成了 SoftConnect、GoodLink、可編程時鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等特性。所有這些特性都能在系統(tǒng)實現(xiàn)時節(jié)省成本，同時在外圍設(shè)備上很容易實現(xiàn)更高級的 USB 功能。

3 PDIUSBD12固件程序的編寫

USB 設(shè)備啟動流程如下：

（1） USB設(shè)備接入 USB 口，發(fā)出連接 USB 命令；

（2）主機發(fā)出讀設(shè)備描述符兩次；

（3）主機根據(jù)設(shè)備描述符——廠商 ID、產(chǎn)品ID，啟動相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動程序；

（4）設(shè)備驅(qū)動程序初始化 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（管道），確定傳輸方式。

圖 1 PDIUSBD12測試電路連接圖

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)是對時間敏感的，必須馬上執(zhí)行。根據(jù) USB 協(xié)議，任何傳輸都是由主機（Host）開始的。單片機作它的前臺工作，等待中斷。主機首先要發(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發(fā)中斷。單片機進(jìn)入中斷服務(wù)程
序，首先讀 PDIUSBD12 的中斷寄存器，判斷 USB 令牌包的類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。在 USB 單片機程序中，要完成對各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是 SETUP包，主要是端口 0的編程。

單片機與 PDIUSBD12的通信主要是靠單片機給 PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據(jù)來實現(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)手冊給出了各種命令的代碼和地址。單片機先給 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)實現(xiàn)各個命令，以后直接調(diào)用函數(shù)即可。

下面的程序是處理主機的標(biāo)準(zhǔn)控制請求的一個模板：

unsigned char ENDPOINT_A0_FIFO[8]；

//判斷輸入的是 SETUP請求，并將其讀入緩沖區(qū) ENDPOINT_A0_FIFO

…

if((ENDPOINT_A0_FIFO[0] & 0b011000000)==0x00)

{

if(ENDPOINT_A0_FIFO[1]<=0C)

{

(*StandardFunctionTable[ENDPOINT_A0_FIFO[1]])();

return;

}

}

…

const void (*StandardFunctionTable[])(void)=

{

GetSatus,ClearFeature,USB_Reserved,SetFeature,

USB_Reserved,SetAddress,GetDescriptor,SetDescriptor,

GetConfiguration,SetConfiguration,GetInterface,

SetInterface,SynchFrame

}；

USB 設(shè)備在正常使用以前，必須由主機配置設(shè)備。主機一般會從 USB設(shè)備獲取配置信息后再確定此設(shè)備有哪些功能。

作為配置操作的一部分，主機會設(shè)備設(shè)備的配置值，如果必要的話會選擇合適的接口備選設(shè)備。其初始化函數(shù)為：

void D12_int()

{ XmtBuff.pNum=16；

D12_COMMAND=0xf4；//讀中斷寄存器

ist=D12_DATA;

ist=D12_DATA;

if(ist & 0x01) //ENDP0_OUT

{XmtBuff.out=0;

XmtBuff.in=1;

D12_COMMAND=0x40; //讀 OUT 最后狀態(tài)

ist=D12_DATA;

if(ist & 0x20)//收到 SETUP 包

{ Setup_read();

Setup_control();

}

else

{ Setup_read();

}

}

else if(ist & 0x02)//ENDP0_IN

{ XmtBuff.in=1;

D12_COMMAND=0x41;//讀 in 最后狀態(tài)

ist=D12_DATA;

USB_submit()；

}

else if(ist & 0x04)//ENDP1_OUT

{ XmtBuff.out=2;

XmtBuff.in=3;

D12_COMMAND=0x42;//讀 out 最后狀態(tài)

ist=D12_DATA;

read_out()；

}

else if(ist & 0x08)//ENDP1_IN

{ XmtBuff.in=3;

D12_COMMAND=0x43;//讀 in 最后狀態(tài)

ist=D12_DATA;

XmtBuff.b[0]=5;

XmtBuff.wrLength=1;

XmtBuff.p=XmtBuff.b;

USB_submit()；

}

……

在發(fā)出連接 USB 命令后，主機先讀取設(shè)備描述符，然后發(fā)出設(shè)置 USB 地址 SETUP 包，設(shè)置 USB 地址后，進(jìn)行主機客戶驅(qū)動與設(shè)備初始化。其余端點（ENDPOINT）依此類推。

在其頭文件里需定義 USB 規(guī)范中的各種描述符格式，包括設(shè)備描述表、配置描述表、接口描述表、端點描述表、字符串描述表以及描述表類型。這樣，在發(fā)送配置[,接口（1），端點（1），接口（2），端點（2），…，類，廠商等]聯(lián)合描述表時，主機 USBD可以根據(jù)描述類型標(biāo)識區(qū)分各種分描述表。

下面是固件程序的主循環(huán)部分：

#include

//指向外部 D12訪問地址

#define D12_COMMAND(*（unsigned char xdata *）0xff01)

#define D12_DATA (*(unsigned char xdata *)0x7f02)

extern void D12_int();

sbit D12_suspend=P1^0;

sbit D12_int_n=P1^1;

sbit D12_eot_n=P1^2;

sbit D12_DMAck_n=P1^3;

sbit D12_DMAreq=P1^4;

void main(void)

{

unsigned char ist;

P1=0xff;

D12_COMMAND=0xf3;

D12_DATA=0x06;//設(shè)置模式 0

D12_DATA=0x03；//初始化頻率 12MHz

D12_COMMAND=0xd0；
{

D12_int();

}

}

}

在編寫 USB的固件程序時，需要注意：

①單片機的中斷應(yīng)設(shè)置為電平觸發(fā)；中斷后一定要讀上次傳輸狀態(tài)寄存器（命令 40～45H），以清除中斷寄存器中的中斷標(biāo)志。這樣，PDIUSBD12的中斷輸出才能變回高電平，這一點非常重要。

②在接收到 Setup 包后，一定要調(diào)用 D8命令重新使能端口 0。

③在向 IN 端寫完數(shù)據(jù)后，一定調(diào)用命令 FAH，指明緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)有效，可以發(fā)送到主機。

④讀寫數(shù)據(jù)后，一定調(diào)用命令 F2H，以保證可以接收新的包。

⑤可以通過調(diào)用命令 FDH，檢查 PDIUSBD12是否工作。該命令要讀兩個字節(jié)數(shù)據(jù)。

固件程序的編程是整個 USB 外設(shè)開發(fā)中非常重要的一環(huán)，它直接影響到設(shè)計開發(fā)的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸速度。例如，采用不同的傳輸類型、設(shè)置不同的分組大小、是否采用 DMA 方式、傳輸緩沖區(qū)的大小等都會使得傳輸速率發(fā)生很大的變化。還有在高速情況下的超時處理等，也包含了很多的內(nèi)容。

總之，在 USB 技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛的今天，只有掌握了固件程序的編寫，才可能開發(fā)出一個好的 USB 產(chǎn)品.

作者: pcbkey 時間: 2015-2-7 11:30
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