1、基于單片機(jī)的嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用文章編號(hào):1008-0570(2021)05-2-009302基于單片機(jī)的嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)TheRealizationoftheEmbeddedUSBHostSystembasedonSCM(武漢科技大學(xué))楊君YANGJun統(tǒng),使U盤成為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備,這極大的方便了單片機(jī)在數(shù)據(jù)采集,存儲(chǔ)以及傳輸方面的應(yīng)用.最后,實(shí)現(xiàn)了脫離PC機(jī)的對(duì)u盤操作的功能,數(shù)據(jù)能夠脫離PC機(jī)在u盤之間方便簡(jiǎn)潔的交換.關(guān)鍵字:USB主機(jī)系統(tǒng);U盤;FAT文件系統(tǒng);人機(jī)接口中圖分類號(hào):TP399文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:BAbstract:Itimplement

2、sUSBhostsystemfunctioninapplicationsystemoftheSingleChipMicrocomputerwithoutoperatingsystem,andestablishesFATfilesystemonUSBflashdisk,implementsthereadandwritefileinUSBflashdiskandmakesUSBflashdiskbethestorageoftheapplicationofSCM,whichgreatlyfacilitatestheapplicationofSCMinthedataacquisition,memory

3、,processing,andtransmissionaspect.Andonthisbasis,procedurecanbeslightlymodifiedtoimplementbriefexchangeofdatabetweenUSBflashdiskwithoutcomputer,Keywords:USBHostSystem;USBFlashDisk;FATFileSystem;ManMaceInterface引言失性,而且它們有限的容量,這極大地限制了單片機(jī)在數(shù)據(jù)存動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備,它采用USB總線接口,支持熱插拔且即插即用,體積小容量大,讀寫速度快,可重復(fù)擦寫幾百萬(wàn)次,無(wú)需外接電源,要任務(wù)

4、是要完成在無(wú)操作系統(tǒng)的情況下對(duì)嵌入式USB主機(jī)系對(duì)U盤進(jìn)行文件的讀寫操作及FAT文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).1硬件電路總體設(shè)計(jì)嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)從硬件上區(qū)分主要包括USB主機(jī)控個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng).需要另行配置LCD顯示模塊,完整的鍵盤模塊等.硬件選擇的方案HAI必須綜合考慮系統(tǒng)本錢,處理速度,體積,功耗等問(wèn)題.嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的核心包括中央處理器和USB主機(jī)楊君:講師基金工程:湖北省教育廳重點(diǎn)研究工程(D200711004)擴(kuò)充RAM.圖1是系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖.系統(tǒng)的大致工作流程是(視具體設(shè)計(jì)而定):單片機(jī)系統(tǒng)在USB主控制器通過(guò)外部中斷信號(hào)或相應(yīng)的狀態(tài)值來(lái)通知單片機(jī)系統(tǒng),單片機(jī)與USB主控制器完成設(shè)備的

5、枚舉,配置等操作.夾,讀取具體文件中的數(shù)據(jù),修改文件的信息(例如文件的修改時(shí)間.大小等).或者使用通配符對(duì)Flash閃盤中文件或文件夾于通過(guò)RS一232與PC機(jī)進(jìn)行通信.或控制時(shí)鐘芯片等等.圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖常用的8位單片機(jī)體積小本錢低,但是一般來(lái)說(shuō)時(shí)鐘頻率不很高,且往往一個(gè)機(jī)器周期需要好幾個(gè)時(shí)鐘周期,更加導(dǎo)致處理器,處理速度快,外圍集成單元齊全,價(jià)格適中,更被廣泛國(guó)自控罔郵局訂閱號(hào):82.946360./一93單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用中文核心期刊?微計(jì)算機(jī)信息?(嵌入式與SOC)2021年第24卷第5-2期應(yīng)用于工業(yè)控制,智能系統(tǒng)等嵌入式設(shè)備中,因此如本系統(tǒng)采用ARM作為核心系統(tǒng)處理器可以到達(dá)很高

6、的速度和性價(jià)比.但是在一些對(duì)于速度要求不很高的場(chǎng)合,利用單片機(jī)也能到達(dá)AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)核心處理器,通過(guò)對(duì)程序的優(yōu)化,使得對(duì)U盤的讀寫速度到達(dá)近80KB/S,完全可以滿足一般情況下對(duì)U盤讀寫速度的要求.在利用單片機(jī)對(duì)U盤進(jìn)行讀寫時(shí),需要增加兩個(gè)USB接選擇的是CH375芯片,它是USB總線通用接口芯片,支持USBHOST主機(jī)模式,在本地端CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀,寫,片選控制線以及中斷輸出,可以方便地掛接到單片機(jī)控制器的系統(tǒng)總線上,且CH375在USB主機(jī)方式下支持常用的USB全速設(shè)備,外部單片機(jī)可以通過(guò)CH375按照相應(yīng)的USB協(xié)議與USB設(shè)備通訊,并且CH375支持USB設(shè)

7、備的控制,批在主機(jī)模式下的合理控制,即可實(shí)現(xiàn)嵌入式的單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)U盤的讀寫2系統(tǒng)軟件功能模塊其系統(tǒng)資源和性能的限制,嵌入式的主機(jī)系統(tǒng)只需根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)特定的設(shè)備類即可.在USB總線活動(dòng)的時(shí)候,主機(jī)系統(tǒng)是根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)按照特定的時(shí)序運(yùn)行.因此,整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可.在嵌入式USB主機(jī)中,通過(guò)系統(tǒng)程序來(lái)調(diào)度各個(gè)任務(wù),從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能.系統(tǒng)主程序的流程:首先對(duì)系統(tǒng)各局部功能模塊進(jìn)行初始化,接著根據(jù)具體需要完成相應(yīng)的功能(例如采集數(shù)據(jù)等等),之后查詢是否有u盤插入,插入之后即可根據(jù)具體需要完成相應(yīng)的文件操作.本設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示.對(duì)于本課題脫離Pc機(jī)的u盤對(duì)拷技術(shù)的研究與設(shè)計(jì),其具

8、體流程為:首先初始化系統(tǒng)各功能模塊,等待源u盤的插入,并提示可以拔下源u盤,接著就等待目的u盤的插入,插入之后將外部RAM中的文件數(shù)據(jù)寫到指定的文件中(可以新建文件.也可以將當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間作為當(dāng)前文件的修改時(shí)間等等),第一輪循環(huán)結(jié)束,繼續(xù)以下的循環(huán).其流程圖如圖3所示.圖2系統(tǒng)程序流程圖圖3應(yīng)用程序流程圖雜而顯得困難重重.因此,系統(tǒng)開發(fā)商推出了OTG版本協(xié)議,其目的就在于實(shí)現(xiàn)USB在嵌入式領(lǐng)域中的應(yīng)用,這與本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)不謀而合.按照USB2.0的補(bǔ)充版本OTG1.0規(guī)定,符合USBOTG協(xié)議的設(shè)備可以完全脫離PC機(jī)而獨(dú)立運(yùn)行,即它本身即可作主機(jī),也可以作外設(shè),也可以與另一個(gè)符合OTG標(biāo)準(zhǔn)的

9、設(shè)備進(jìn)行互連.系統(tǒng)即可作主機(jī)也可作從機(jī),應(yīng)用OTG方案顯得有點(diǎn)多余;其次,由于OTG是新興技術(shù),在其健壯性上還有待驗(yàn)證.最后,開USB設(shè)備(存儲(chǔ)設(shè)備)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中,本文中提出的主機(jī)解決方案不失為一種很好的選擇.從嵌入式USB主機(jī)的軟件層次劃分來(lái)看,系統(tǒng)軟件主要包括主控制器驅(qū)動(dòng)程序,USB核心驅(qū)動(dòng)程序,以及用戶軟件;9L功能劃分來(lái)看.系統(tǒng)軟件可分為以下幾個(gè)局部:實(shí)現(xiàn)主CPU及各系統(tǒng)模塊的初始化,包括實(shí)現(xiàn)I2C接13的LED顯示,鍵盤,時(shí)鐘芯片以及主CPU與USB主機(jī)控制芯片之間的數(shù)據(jù)通信功能.主要完成核心驅(qū)動(dòng)程序的功能,具體來(lái)說(shuō)就是實(shí)現(xiàn)USB的4種根本數(shù)據(jù)的傳輸方式,實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的枚舉過(guò)

10、程,并獲取存放器函數(shù).然后以此函數(shù)為根底來(lái)構(gòu)成各功能子函數(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,設(shè)備枚舉以及獲取描述符等各種操作.實(shí)現(xiàn)MassStorage設(shè)備類中BulkOnly傳輸協(xié)議和MassStorage類中UFI子類的各種請(qǐng)求命令,對(duì)設(shè)備進(jìn)行各種訪問(wèn)和讀寫操作.轉(zhuǎn)第100頁(yè))一943607L/年郵局訂閱號(hào):82-946單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用中文核心期刊<微計(jì)算機(jī)信息>(嵌入式與SOC)2021年第24卷第5-2期們?cè)谶@里把AD采樣的模式設(shè)定為由定時(shí)器B每隔lOOms觸發(fā)一次的單通道單次樣模式,也就是說(shuō)把AD采集的處理放到了定時(shí)器B的中斷處理程序中,這樣做的好處是平時(shí)CPU不需要進(jìn)行A

11、D采集處理,CPU處于低功耗模式,每lOOms定時(shí)把得到的控制數(shù)據(jù)通過(guò)DA輸出.之后立刻進(jìn)入低功耗模式.MSP430F149使用USART1模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)RS232/485通信.由于RS232/485異步串行通信使用的是同一個(gè)模塊USART1.兩種通信方式采用的是同一個(gè)串口模塊UART1實(shí)現(xiàn)的,因此要先使能發(fā)送,然后發(fā)送數(shù)據(jù),而接收端,必須先使能接收,然對(duì)應(yīng)的串口中斷程序里進(jìn)行.智能測(cè)控模塊設(shè)計(jì)使用了MSP430F149的UART0模塊工和地址即可.在進(jìn)行CAN通信以前,必須先對(duì)MCP2510相關(guān)MCP2510改為正常模式,才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信.5總結(jié)本文的創(chuàng)新點(diǎn)是智能測(cè)控模塊設(shè)計(jì)所選用的MSP4

12、30F149單片機(jī)具有豐富的外圍模塊,強(qiáng)大的處理能力和方便高效的開發(fā)工具,并且功耗低,非常適合于此模塊的設(shè)計(jì);其次設(shè)計(jì)的部的標(biāo)準(zhǔn)總線插槽中,不帶有自主處理能力,無(wú)法獨(dú)立完成數(shù)濟(jì)效益68多萬(wàn)元.參考文獻(xiàn)計(jì)【M1.清華大學(xué)出版社,2005【21胡大可.MSP430系列單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與開發(fā)【M】.北京【3】胡凱,張穎超.生化分析儀的設(shè)計(jì)及與PC機(jī)的通信J】.微計(jì)算機(jī)信息.2006.22(41):208-209【41馬鴻文.基于AT89C52單片機(jī)的自動(dòng)存取柜的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)【J】.微計(jì)算機(jī)信息,2006,22(12):101103.作者簡(jiǎn)介:徐景波性別:女(1962一).河南省開封市開封教育學(xué)院計(jì)

13、算機(jī)系講師,研究方向:計(jì)算機(jī)教育Biography:XuJingBo(1962一),Female,HeNanKaifengeducationthecollegecalculatorfastenLecturer,researchdirection:Calculatoreducation(475000河南省開封市開封教育學(xué)院計(jì)算機(jī)系)徐景波通訊地址:(475000河南省開封市開封教育學(xué)院計(jì)算機(jī)系)徐景波(收稿日期:2021.3.13)(修稿日期:2021.4.25)(上接第94頁(yè))系,通過(guò)MassStorage類協(xié)議中的UFI子類命令和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備統(tǒng)中建立磁盤的空間結(jié)構(gòu),定義MBR,DBR的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

14、,建立統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)即可按照上述的4個(gè)功能模塊來(lái)依次構(gòu)建.3結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)建立了基于單片機(jī)的嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了USB協(xié)議中的MassStorage類協(xié)議和精簡(jiǎn)的FAT文件作等各種功能.結(jié)果說(shuō)明:利用該嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)對(duì)具體80KB/S,對(duì)之進(jìn)行言編寫.因此它可以很方便地移植到其它處理器中.了U盤對(duì)拷器,留有擴(kuò)展口,可作U盤對(duì)拷器用,也可在此根底上作二次開發(fā).參考文獻(xiàn)【11王成儒.USB2.0原理與工程開發(fā)【M1.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,【3】李群芳張士軍編.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)(第2版)【M】.【4】郭文彬?qū)O智權(quán)等.基于Nios1I的usb接口模塊設(shè)計(jì)J】微計(jì)算機(jī)信息,2006,102:278279.作者簡(jiǎn)介:楊君,(1977一),女(漢族),湖北鐘祥人,武漢科技大計(jì)的研究.Biography:YANGJun(1977一),Female(theHannationality),Hubeipeople,CollegeofInformationScienceandEngineering,Wuhanuniversityofscienceandtechnology,Lecturer,Researchbeingengagedindigitalsignalprocessingandelectronicd