基于單片機(jī)的USB主控器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
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在現(xiàn)代社會(huì)，嵌入式系統(tǒng)逐漸深入到人們生活的方方面面，各類嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品之間往往通過某種接口進(jìn)行交互或數(shù)據(jù)傳遞。而現(xiàn)在，USB已經(jīng)成為嵌入式數(shù)據(jù)交換的最主要的方式，可是各種USB接口的設(shè)備都是基于PC機(jī)系統(tǒng)的，所以，基于嵌入式系統(tǒng)的USB接口的研究具有實(shí)用的價(jià)值和意義，特別是起Master作用的HOST端接口的研究。
解決這一問題的根本辦法就是在需要使用USB設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)中擴(kuò)展USB Host功能模塊，使之具有與USB設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?br />
USB協(xié)議按功能分為2部分，USB HOST（USB主協(xié)議）和USB SLAVE（USB從協(xié)議）分別應(yīng)用于USB HOST CONTROLLER（USB主控制器）和USB DEVICE（USB設(shè)備）。一般，USB HOST要比USB SLAVE復(fù)雜，對(duì)于廣大的非PC用戶來說，尤其是嵌入式系統(tǒng)用戶來說，由于USB協(xié)議的不對(duì)稱性，使得實(shí)現(xiàn)USB HOST比USB SLAVE要困難地多，Philips公司的ISP1161A1芯片很好地解決了這種問題，他封裝了復(fù)雜的USB協(xié)議，使得在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)USB HOST和USB SLAVE變得簡(jiǎn)單方便。
2 USB HOST技術(shù)簡(jiǎn)介
USB的通信可以用圖1表示，圖1中，左半部分為USB主機(jī)端，可以看出，USB主機(jī)端由2部分構(gòu)成，即軟件體和硬件體，實(shí)際上是3個(gè)軟件組件組成了USB HOST解決方案，即USB客戶驅(qū)動(dòng)程序，USB驅(qū)動(dòng)程序和USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)用程序的事務(wù)處理是由USB客戶驅(qū)動(dòng)程序（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）啟動(dòng)的，客戶驅(qū)動(dòng)程序把USB設(shè)備當(dāng)做一個(gè)可以被訪問的端點(diǎn)集合，他可以被控制并與他的功能單元進(jìn)行通信，USB系統(tǒng)軟件包括USB驅(qū)動(dòng)程序和USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序，USB驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)配置管理、用戶管理、總線管理和數(shù)據(jù)傳輸，USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)調(diào)度管理，隊(duì)列管理和控制器管理，以及數(shù)據(jù)的位編碼、封包、循環(huán)校驗(yàn)、發(fā)送、錯(cuò)誤處理等。
如圖2所示，USB HOST的軟件結(jié)構(gòu)分為3大部分，即USB總線驅(qū)動(dòng)（USBD），USB HOST控制器驅(qū)動(dòng)（HCD）、客戶軟件、其中客戶軟件處理和設(shè)備有關(guān)的信息，USBD處理和硬件無關(guān)的協(xié)議，而HCD則處理與硬件相關(guān)的協(xié)議，USBD和HCD都包含了一系列管理各種狀態(tài)的寄存器。
3 SP1161體系結(jié)構(gòu)
要實(shí)現(xiàn)USB協(xié)議，必須要通過一系列寄存器來完成，這些寄存器要能實(shí)現(xiàn)USB軟件結(jié)構(gòu)中的USBD和HCD，即要完成USB協(xié)議狀態(tài)的控制，還要有一定的緩沖區(qū)來存放進(jìn)出的數(shù)據(jù)，ISP1161專門針對(duì)USB協(xié)議設(shè)計(jì)的特殊硬件結(jié)構(gòu)可方便地實(shí)現(xiàn)USB HOST和USB SLAVE。ISP1161的硬件結(jié)構(gòu)主要是3類不同的寄存器，用戶通過操作這3種寄存器來達(dá)到實(shí)現(xiàn)USB傳輸?shù)哪康?，這3類寄存器是：
（1）HC control and status registers：USB主控制器控制和狀態(tài)寄存器，主要用于傳輸過程中控制命令的存放和狀態(tài)的讀取，可讀可寫的寄存器有2個(gè)地址，只讀或只寫的寄存器只有1個(gè)地址。
（2）Isochronous Transfer List （ITL）：同步傳輸列表緩沖區(qū)。
（3）Acknowledged Transfer List（ATL）：接收傳輸列表緩沖區(qū)。
根據(jù)USB協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸分為4種模式，Control（控制），Bulk（整批），Interrupt（中斷）和Isochronous（同步）。其中ITL是為了實(shí)現(xiàn)同步傳輸，ATL則實(shí)現(xiàn)其他3種模式的傳輸。
4 ISP1161x主控制器編程實(shí)現(xiàn)
設(shè)計(jì)ISP1161x主控制驅(qū)動(dòng)程序主要涉及以下2個(gè)重要內(nèi)容，下面詳細(xì)介紹：
4.1 讀/寫ATL和ITL緩沖區(qū)
ATL和ITL緩沖區(qū)的位于ISP1161x內(nèi)部的FIFO緩沖RAM之中，每個(gè)緩沖區(qū)包含許多PTD（Philips Transfer Descriptor），而PTD用于主控制器硬件發(fā)送或接收USB包從USB設(shè)備，作為調(diào)度USB傳輸?shù)囊徊糠?，HCD在系統(tǒng)內(nèi)存中購(gòu)建PTD。然后HCD將購(gòu)建好的PTD移入ATL或者ITL緩沖區(qū)，主控制器硬件允許軟件去訪問每一個(gè)緩沖區(qū)，就像他們是分離的硬件緩沖區(qū)，HCD訪問ATL緩沖區(qū)通過硬件寄存器HcTransferCounter（22H/A2H）和HcATLBufferPort（41H/C1H），而ITL緩沖區(qū)則由HcTransferCounter和HcITLBufferPort（40H/C0H）訪問。下面一段示例代碼取自于本項(xiàng)目，其功能是向ATL緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)，hci→hp→atl_len表示，ATL則在內(nèi)存中還沒有發(fā)送的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，hci→hp→tl表示緩沖區(qū)的地址。
評(píng)論