基于USB的無線觸摸鼠標(biāo)板的設(shè)計(jì)

圖4軟件總體框架圖

3.2手持端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在本部分將介紹手持終端的軟件設(shè)計(jì)過程，以及各個(gè)模塊部分的具體實(shí)現(xiàn)。軟件的運(yùn)行流程圖如圖5所示。

圖5手持端軟件流程

對(duì)于事件發(fā)生的獲取是采用中斷模式，也就是在有鼠標(biāo)觸摸板事件發(fā)生的時(shí)候，將喚醒MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集處理，然后將采集到的PS/2數(shù)據(jù)進(jìn)行一定規(guī)則的轉(zhuǎn)換，然后將其打包發(fā)送。若沒有數(shù)據(jù)需要處理，則進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省功耗。

3.2.1芯片初始化

在芯片初始化階段，主要是芯片的內(nèi)部工作的時(shí)鐘的設(shè)置、IO口的初始化設(shè)置、以及CC2420的初始化。

在芯片的初始化階段需要注意對(duì)每個(gè)IO口的數(shù)據(jù)方向進(jìn)行設(shè)置，并且要準(zhǔn)確設(shè)置時(shí)鐘以及串口的傳輸數(shù)率，否則在調(diào)試階段無法獲取數(shù)據(jù)。不用的IO口全部設(shè)置成輸出端口，這樣可減少端口不必要的干擾。

3.2.2鼠標(biāo)觸摸板事件的信息采集

首先要對(duì)觸摸板進(jìn)行初始化，其初始化序列請(qǐng)參照PS/2協(xié)議的命令序列。初始化成功后，該觸摸板將正常工作，只要有觸摸事件發(fā)生，將產(chǎn)生連續(xù)三幀的數(shù)據(jù)發(fā)送，而按鍵事件發(fā)生，則在按下產(chǎn)生三幀數(shù)據(jù)發(fā)送，彈起產(chǎn)生三幀數(shù)據(jù)發(fā)送。我們需要做的工作就是在觸摸板發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行采集。采集過程也非常簡(jiǎn)單，在熟悉PS/2協(xié)議的基礎(chǔ)上，中斷產(chǎn)生后，按照時(shí)序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，一定要在讀完一幀的基礎(chǔ)上再讀下一幀，讀取完三幀數(shù)據(jù)后就馬上進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和打包發(fā)送，然后再次等待中斷事件發(fā)生。所選擇的MCU在速度處理上完全可以滿足一般鍵盤鼠標(biāo)數(shù)據(jù)包發(fā)送的間隔時(shí)間，也就是說在讀取完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，就處理該數(shù)據(jù)包而不需要完全讀取完一次事件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)堆。

3.2.3 CC2420數(shù)據(jù)發(fā)送

在CC2420的數(shù)據(jù)發(fā)送階段，MCU將數(shù)據(jù)發(fā)送命令傳送給CC2420之后，可以通過SFD引腳來判斷其發(fā)送過程。該引腳會(huì)有一個(gè)由低電平向高電平跳變的過程，其過程如圖6所示。

圖6發(fā)送過程示意圖

控制器向CC2420發(fā)送了發(fā)送數(shù)據(jù)的命令之后，并不能馬上把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，而是要經(jīng)過12個(gè)時(shí)鐘周期之后發(fā)送器才啟動(dòng)，之后將數(shù)據(jù)添加了其實(shí)序列和幀頭之后，才能開始數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)程。在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之前，SFD引腳將一直為高電平，這樣在MCU就可以根據(jù)此引腳的變化來跟蹤發(fā)送過程，發(fā)送過程具體的軟件實(shí)現(xiàn)，可用圖7表示。

圖7 CC2420發(fā)送實(shí)現(xiàn)過程

在CC2420的數(shù)據(jù)發(fā)送階段，發(fā)射校正和添加起始序列和幀頭可以由硬件自動(dòng)完成，但是幀的長(zhǎng)度需要在軟件中計(jì)算得到再寫入幀中，并且需要將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送器的發(fā)送緩沖區(qū)之后向CC2420發(fā)送發(fā)送啟動(dòng)命令。

3.3接入端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

接入設(shè)備部分的軟件設(shè)計(jì)，主要是分為兩部分：CC2420的接收和USB數(shù)據(jù)傳輸。CC2420由于是發(fā)送和接收集成在同一模塊中，所以其初始化可采用發(fā)送端的設(shè)計(jì)。而在USB數(shù)據(jù)傳輸部分，則采用HID的協(xié)議與主機(jī)進(jìn)行通信，這樣在軟件設(shè)計(jì)上可以減少復(fù)雜度。

3.3.1無線數(shù)據(jù)接收

無線數(shù)據(jù)接收的軟件實(shí)現(xiàn)，使用RB5端口的電平中斷觸發(fā)接收進(jìn)程。當(dāng)CC2420發(fā)現(xiàn)有幀傳輸過來時(shí)其引腳會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，MCU通過檢測(cè)這些引腳的變化可以得知CC2420所在的接收階段與狀態(tài)。在接收過程中，有3根引腳可以檢測(cè)出CC2420的狀態(tài)，其數(shù)據(jù)接收的變化示意圖限于篇幅，在此略去。

當(dāng)CC2420收到有符合其起始序列的時(shí)候，其自動(dòng)接收幀頭和幀的長(zhǎng)度，并且SFD、FIFO、FIFOP這3根輸出引腳分別輸出上圖所示電平。當(dāng)接收到幀的目的地址時(shí)候，CC2420自動(dòng)進(jìn)行地址匹配，若地址匹配成功，則接收進(jìn)程繼續(xù)進(jìn)行，如果地址匹配不成功，則馬上停止接收過程，并把3根輸出引腳都置為低電平。MCU在控制時(shí)可以通過檢測(cè)這3根輸出引腳的電平來判斷接收過程的狀態(tài)。

如果地址匹配成功且接收完整個(gè)幀，則可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)讀取進(jìn)程。

在數(shù)據(jù)讀取階段，CC2420提供了幀的正確接收的初始判斷，由此可以知道該幀是否被正確接收，以決定是讀取該幀還是放棄該幀。按照CC2420的規(guī)定，當(dāng)一個(gè)幀接收完畢之后，如果出現(xiàn)FIFOP=l并且FIFO=0的情況，則說明該幀錯(cuò)誤接收，應(yīng)當(dāng)向其連續(xù)寫人兩個(gè)CC2420_SFLUSHRX命令將數(shù)據(jù)沖刷。如果沒有出現(xiàn)這種情況，則按照幀發(fā)送的相反過程從接收緩沖中讀取數(shù)據(jù)。

3.3.2 USB設(shè)備HID類設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)，主要是集中在USB芯片的初始化以及協(xié)議的初始化、以及之后的枚舉過程，在成功枚舉并被主機(jī)正確識(shí)別之后，只需將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖即可將數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)。在協(xié)議的初始化時(shí)，需要將協(xié)議中規(guī)定的各個(gè)參數(shù)設(shè)定都按照設(shè)計(jì)的要求設(shè)定，并且將各種描述符，包括配置描述符、端點(diǎn)描述符、接口描述符、報(bào)告描述符等初始完畢，以供枚舉過程使用。

USB芯片的初始化過程的最后一步是將其SoftConnect功能打開，從這時(shí)起，主機(jī)才能開始檢測(cè)到設(shè)備的接入，也從這個(gè)時(shí)候起，USB芯片才真正開始與主機(jī)通信并開始設(shè)備枚舉過程。在枚舉過程中，主機(jī)首先向設(shè)備發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，設(shè)備在接收到這個(gè)信號(hào)之后向主機(jī)發(fā)送回送的協(xié)議數(shù)據(jù)以供主機(jī)識(shí)別，當(dāng)識(shí)別到這個(gè)信號(hào)之后，主機(jī)則開始向設(shè)備獲取描述符等信息，進(jìn)而完成設(shè)備枚舉過程。

初始化完成之后，主循環(huán)實(shí)際上不再參與USB通信。每次PDIUSBDl2接口芯片檢測(cè)到USB總線上主機(jī)發(fā)給這個(gè)設(shè)備的信號(hào)時(shí)候就觸發(fā)一次單片機(jī)的外部中斷。中斷處理子程序要做的工作就是首先D12讀取中斷信息，查看D12收到了什么樣的封包，然后根據(jù)主機(jī)的不同要求做出響應(yīng)，中斷處理程序流程如圖8所示。

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圖8中斷處理程序流程

本系統(tǒng)設(shè)備中，固件程序只須處理端點(diǎn)0的輸出和輸入要求就可以完成設(shè)備的正常配置和基本工作。

在圖8中，SOF包處理程序是自定義的部分，是為了更好地配合設(shè)備工作而添加的代碼，與設(shè)備的實(shí)質(zhì)沒有太大關(guān)系，而結(jié)束狀態(tài)改變引起的中斷在這里不需要做處理。由于USB的數(shù)據(jù)傳輸都是由D12自動(dòng)完成，端點(diǎn)1和2的輸出/輸入中斷處理就沒有什么實(shí)質(zhì)內(nèi)容。