基于AVR單片機(jī)的ISP設(shè)計(jì)

0 引言
隨著PDA、移動電話、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品的普及，用于這些設(shè)備與電腦、或設(shè)備與設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。以往以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，非常不利于USB,總線在嵌入式行業(yè)的應(yīng)用，也不適用于野外作業(yè)，而OTG技術(shù)的推出則可實(shí)現(xiàn)在沒有PC的情況下，設(shè)備與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，它拓展了USB技術(shù)的應(yīng)用范圍。本文采用的設(shè)計(jì)方案是基于Philips公司的ISP1362 OTG控制芯片，參照最新的USB OTG技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)了一種遵循USB協(xié)議的主／從機(jī)系統(tǒng)。

1 ISP1362芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
Philips公司的ISP1362是一款符合USB 2．0總線協(xié)議的接口芯片，內(nèi)部有3個(gè)USB控制器一主機(jī)控制器、設(shè)備控制器和OTG控制器。其中，主機(jī)控制器具備高度優(yōu)化的USB主機(jī)功能；設(shè)備控制器則具有多達(dá)14個(gè)可編程端點(diǎn)，又可以被配置成雙緩沖端點(diǎn)進(jìn)一步提高吞吐量：而OTG控制器主要提供包括監(jiān)控和轉(zhuǎn)換功能在內(nèi)的所有OTG控制。ISP1362內(nèi)部構(gòu)造如圖1所示。

2 USB OTG主／從機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
USB OTG主／從機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大模塊。其中硬件電路主要是USB接口電路板的設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)包括設(shè)備初始化、系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)、設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計(jì)等，下面分別介紹系統(tǒng)軟、硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
2．1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
USB OTG主／從機(jī)設(shè)計(jì)的硬件電路如圖2所示，圖中ATmega 32的PD口和IPA口用于控制ISP1362的時(shí)序，PB口和PC口則用于與ISP1362的D[0．．15]進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ISP1362芯片有Port1和IPort2兩個(gè)USB接口。Port1是個(gè)綜合接口，可以配置成downstream、upstream或者是OTG；Port2是作為固定的downstream，主要接一般的USB設(shè)備。當(dāng)ISP1362做主機(jī)時(shí)，主機(jī)內(nèi)部的寄存器通過檢測其相應(yīng)狀態(tài)寄存器的值就可以判斷是Port1還是Port2接了設(shè)備，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理。

ISP1362的Port1口主／從機(jī)功能通過ID、OTGMODE兩引腳電平的高低組合來確定。當(dāng)OTGMODE引腳接低，無論ID電平如何，則芯片的Port1口只能OTG用；如果OTGMODE接高，ID接低，芯片的Port1口作主機(jī)使用；OTGMODE接高，ID也接高時(shí)，則芯片的Port1口作外設(shè)使用。在電路中通過15kΩ的上拉電阻和下拉電阻實(shí)現(xiàn)ID、OTGMODE兩引腳電平的高低變化。

2．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的主機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)軟件和硬件的集合體，功能的實(shí)現(xiàn)不依賴于任何操作系統(tǒng)，而是通過中斷來調(diào)度各個(gè)任務(wù)，使之滿足USB通信的要求，因此系統(tǒng)是按照協(xié)議規(guī)范和特定的時(shí)序運(yùn)行的。
本系統(tǒng)是ISP1362工作于主／從機(jī)模式下的應(yīng)用，按系統(tǒng)硬件電路配置完成接口芯片，然后對其編程，就可以進(jìn)行USB數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)工作流程如下：首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，構(gòu)建PTD傳輸描述符，接著總線枚舉過程，給外設(shè)分配地址，獲取外設(shè)的基本信息，并判斷外設(shè)為主機(jī)設(shè)備或是從機(jī)設(shè)備，之后驅(qū)動相應(yīng)的主／從機(jī)驅(qū)動程序運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳送和接收，根據(jù)總線的活動情況判斷是否掛起。系統(tǒng)流程圖如圖3所示：

實(shí)現(xiàn)ISP1362芯片的軟件編程控制，就是對該芯片的CS、RD、WR、A0、A1引腳的控制。本文中CS代表片選，低電平有效；RD代表讀信號，低電平有效；WR代表寫信號，低電平有效；A0引腳電平的高低不同，分別表示傳輸?shù)男盘柎淼氖敲钚盘栠€是數(shù)據(jù)信號；A1引腳電平的高低不同，分別表示控制的是外設(shè)還是主機(jī)。通過上述幾個(gè)引腳信號的組合，可以實(shí)現(xiàn)讀寫控制ISP1362的不同功能。除此之外，以下的幾個(gè)引腳對于控制ISP1362也有重大意義：DREQ1引腳代表DMA請求輸出，當(dāng)它高電平有效時(shí)，通知IDMA控制器主機(jī)正在請求數(shù)據(jù)傳送；DREQ2引腳高電平有效時(shí)，通知DMA控制器外設(shè)正在請求數(shù)據(jù)傳送；DACK1引腳代表DMA確認(rèn)輸入，低電平有效時(shí)表明來自主機(jī)的DMA傳輸請求已經(jīng)被DMA控制器確認(rèn)；DACK2引腳低電平有效時(shí)表明來自外設(shè)的DMA傳輸請求已經(jīng)被DMA控制器確認(rèn)；INT1和INT2引腳連接到外部微處理器的IRQ引腳，使得ISP1362可以根據(jù)請求執(zhí)行中斷服務(wù)程序。