[转帖]采用PDIUSBD12的USB系统固件程序设计

cpubbs

<>文章作者：周 涛 张 辉 出处：电子技术应用</P>

<>摘要： 在设计USB系统的过程中，固件程序的编写是非常重要的一个环节，它直接影响到开发产品的数据传输速度。以Phillips公司的USB控制芯睡PDIUSBD12为例，介绍了在设计开发USB外设中。固件的作用以及固件程序的编写流程，并给出了相应程序。 </P>
<>关键词： USB 固件程序 PDIUSBD12 端点 单片机 </P>
<P>USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是现在非常流行的一种快速、双向、廉价、可以进行热插拨的接口，在现在的每一台PC机上都可以找到一对USB接口。在遵循USB1.1规范的基础上，USB接口最高传输速度可达12Mb/ｓ：而在最新的USB2.0规范下,更可以达到480Mｂ／ｓ.同时它可以连接127个USB设备,而且连接的方式也十分灵活,既可以使用串行连接,也可以使用集线器(Hub)把多个设备连接在一起,再同PC机的USB接口相连.此外,它还可以从系统中直接汲取电流,无需单独的供电系统.USB的这些特点使它获得了广泛的应用.但是使用上的方便则意味着开发上的复杂,主要是编程的复杂性大大的增加了. </P>
<P>在设计开发一个USB外设的时候,开发者主要需要编写三部分的程序: ①固件程序;②USB驱动程序;③客户应用程序.本文主要阐述固件程序的编写. </P>
<P>1 固件要完成的主要工作 </P>
<P>固件是FIREWARE的对应中文词,它实际上是单片机的程序文件,其编写语言可以采用C语言或是汇编语言.它的操作方式与硬件联系紧密,包括USB设备的连接USB协议、中断处理等，它不是单纯的软件，而是软件和硬件的结合，开发者需要对端口、中断和硬件结构非常熟悉。固件程序一般放入MCU中，当把设备连接到主机上（USB连接线插入插孔）时，上位机可以发现新设备，然后建立连接。因此。编写固件程序的一个最主要的目的就时让Windows可以检测和识别设备。 </P>
<P>2 PDIUSBD12芯片特点 </P>
<P>PDIUSBD12是一个性能优化的USB器件，通常用于基于微控制器的系统，并通过高速通用并行接口与微控制器进行通信，而且支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，允许使用现存的体系结构使固件投资减到最小。这种灵活性减少了开发时间、风险和成本。该器件使开发成本低且高效的USB外围设备的一种有效途径。PDIUSDB12完全符合USB1.1规范，也能适应大多数设备类规范的设计，如成像类、大容量存储类、通信类、打印类和人工输入设备等。因此，PDIUSBD12非常适合做很多外围设备，如打印机、扫描仪、外部大容量存储器（Zip驱动器）和数码相机等。现在很多用SCSI实现的很多设备如果用USB来实现可以直接降低成本。 </P>
<P>PDIUSBD12还集成了SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。所有这些特性都能在系统实现时节省成本，同时在外围设备上很容易实现更高级的USB功能。 </P>
<P>3 PDIUSBD12固件程序的编写 </P>
<P>USB设备启动流程如下： </P>
<P>（1） USB设备接入USB口，发出连接USB命令； </P>
<P>（2） 主机发出读设备描述符两次； </P>
<P>（3） 主机根据设备描述符——厂商ID、产品ID，启动相应设备驱动程序； </P>
<P>（4） 设备驱动程序初始化USB设备； </P>
<P>①读设备描述符； </P>
<P>②读配置描述符； </P>
<P>③选择接口、端点（管道），确定传输方式。
</P>

cpubbs

图1是PDIUSBD12的电路连接图。 <>USB固件程序程序由三部分组成：①初始化单片机和所有的外围电路（包括PDIUSBD12）；②主循环部分，其任务是可以中断的；③中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。根据USB协议，任何传输都是由主机（Host）开始的。单片机作它的前台工作，等待中断。主机首先要发令牌包给USB设备（这里是PDIUSBD12），PDIUSBD12接收到令牌包后就给单片机发中断。单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBD12的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作。在USB单片机程序中，要完成对各种令牌包的响应，其中比较难处理的是SETUP包，主要是端口0的编程。 </P><>单片机与PDIUSBD12的通信主要是靠单片机给PDIUSBD12发命令和数据来实现的。PDIUSBD12的命令字分为三种：初始化命令字、数据流命令字和通用命令字。PDIUSBD12数据手册给出了各种命令的代码和地址。单片机先给PDIUSBD12的命令地址发命令，根据不同命令的要求再发送或读出不同的数据。因此，可以将每种命令做成函数，用函数实现各个命令，以后直接调用函数即可。 </P><>下面的程序是处理主机的标准控制请求的一个模板： </P><P>unsigned char ENDPOINT_A0_FIFO[8]； </P><P>//判断输入的是SETUP请求，并将其读入缓冲区ENDPOINT_A0_FIFO </P><P>… </P><P>if((ENDPOINT_A0_FIFO[0] &amp; 0b011000000)==0x00) </P><P>{ </P><P>if(ENDPOINT_A0_FIFO[1]&lt;=0C) </P><P>{ </P><P>(*StandardFunctionTable[ENDPOINT_A0_FIFO[1]])(); </P><P>return; </P><P>} </P><P>} </P><P>… </P><P>const void (*StandardFunctionTable[])(void)= </P><P>{ </P><P>GetSatus,ClearFeature,USB_Reserved,SetFeature, </P><P>USB_Reserved,SetAddress,GetDescriptor,SetDescriptor, </P><P>GetConfiguration,SetConfiguration,GetInterface, </P><P>SetInterface,SynchFrame </P><P>}； </P><P>USB设备在正常使用以前，必须由主机配置设备。主机一般会从USB设备获取配置信息后再确定此设备有哪些功能。 </P><P>作为配置操作的一部分，主机会设备设备的配置值，如果必要的话会选择合适的接口备选设备。其初始化函数为： </P><P>void D12_int() </P><P>{ XmtBuff.pNum=16； </P><P>D12_COMMAND=0xf4；//读中断寄存器 </P><P>ist=D12_DATA; </P><P>ist=D12_DATA; </P><P>if(ist &amp; 0x01) //ENDP0_OUT </P><P>{XmtBuff.out=0; </P><P>XmtBuff.in=1; </P><P>D12_COMMAND=0x40; //读OUT最后状态 </P><P>ist=D12_DATA; </P><P>if(ist &amp; 0x20)//收到SETUP包 </P><P>{ Setup_read(); </P><P>Setup_control(); </P><P>} </P><P>else </P><P>{ Setup_read(); </P><P>} </P><P>} </P><P>else if(ist &amp; 0x02)//ENDP0_IN </P><P>{ XmtBuff.in=1; </P><P>D12_COMMAND=0x41;//读in最后状态 </P><P>ist=D12_DATA; </P><P>USB_submit()； </P><P>} </P><P>else if(ist &amp; 0x04)//ENDP1_OUT </P><P>{ XmtBuff.out=2; </P><P>XmtBuff.in=3; </P><P>D12_COMMAND=0x42;//读out最后状态 </P><P>ist=D12_DATA; </P><P>read_out()； </P><P>} </P><P>else if(ist &amp; 0x08)//ENDP1_IN </P><P>{ XmtBuff.in=3; </P><P>D12_COMMAND=0x43;//读in最后状态 </P><P>ist=D12_DATA; </P><P>XmtBuff.b[0]=5; </P><P>XmtBuff.wrLength=1; </P><P>XmtBuff.p=XmtBuff.b; </P><P>USB_submit()； </P><P>} </P><P>…… </P><P>在发出连接USB命令后，主机先读取设备描述符，然后发出设置USB地址SETUP包，设置USB地址后，进行主机客户驱动与设备初始化。其余端点（ENDPOINT）依此类推。 </P><P>在其头文件里需定义USB规范中的各种描述符格式，包括设备描述表、配置描述表、接口描述表、端点描述表、字符串描述表以及描述表类型。这样，在发送配置[,接口（1），端点（1），接口（2），端点（2），…，类，厂商等]联合描述表时，主机USBD可以根据描述类型标识区分各种分描述表。 </P><P>下面是固件程序的主循环部分： </P><P>#include&lt;reg51.h&gt; </P><P>//指向外部D12访问地址 </P><P>#define D12_COMMAND(*（unsigned char xdata *）0xff01) </P><P>#define D12_DATA (*(unsigned char xdata *)0x7f02) </P><P>extern void D12_int(); </P><P>sbit D12_suspend=P1^0; </P><P>sbit D12_int_n=P1^1; </P><P>sbit D12_eot_n=P1^2; </P><P>sbit D12_DMAck_n=P1^3; </P><P>sbit D12_DMAreq=P1^4; </P><P>void main(void) </P><P>{ </P><P>unsigned char ist; </P><P>P1=0xff; </P><P>D12_COMMAND=0xf3; </P><P>D12_DATA=0x06;//设置模式0 </P><P>D12_DATA=0x03；//初始化频率12MHz </P><P>D12_COMMAND=0xd0； </P><P>D12_DATA=0x80;//设置地址0使能 </P><P>D12_COMMAND=0xf3;//连接主机 </P><P>D12_DATA=0x16； </P><P>while(1) </P><P>{ if(!D12_int_n) </P><P>{ </P><P>D12_int(); </P><P>} </P><P>} </P><P>} </P><P>在编写USB的固件程序时，需要注意： </P><P>①单片机的中断应设置为电平触发；中断后一定要读上次传输状态寄存器（命令40～45H），以清除中断寄存器中的中断标志。这样，PDIUSBD12的中断输出才能变回高电平，这一点非常重要。 </P><P>②在接收到Setup包后，一定要调用D8命令重新使能端口0。 </P><P>③在向IN端写完数据后，一定调用命令FAH，指明缓冲区中的数据有效，可以发送到主机。 </P><P>④读写数据后，一定调用命令F2H，以保证可以接收新的包。 </P><P>⑤可以通过调用命令FDH，检查PDIUSBD12是否工作。该命令要读两个字节数据。 </P><P>固件程序的编程是整个USB外设开发中非常重要的一环，它直接影响到设计开发的产品的数据传输速度。例如，采用不同的传输类型、设置不同的分组大小、是否采用DMA方式、传输缓冲区的大小等都会使得传输速率发生很大的变化。还有在高速情况下的超时处理等，也包含了很多的内容。 </P><P>总之，在USB技术应用越来越广泛的今天，只有掌握了固件程序的编写，才可能开发出一个好的USB产品。 </P>