畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于ARM的U盤設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

基于ARM的U盤設(shè)計(jì)【摘要】：USB（UniversalSerialBus,通用串行總線）是計(jì)算機(jī)一種新型的接口技術(shù)，它能夠使得計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的鏈接更加方便與快捷。現(xiàn)在，許多設(shè)備都開始應(yīng)用USB接口來開發(fā)，比如鍵盤.鼠標(biāo).移動(dòng)硬盤.打印機(jī).數(shù)碼相機(jī)等。在實(shí)際應(yīng)用中，也越來越多地開發(fā)開始采用USB技術(shù)，比如數(shù)據(jù)收集等，USB的開發(fā)設(shè)計(jì)和應(yīng)用現(xiàn)已成為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的一個(gè)非常很要的部分?！娟P(guān)鍵詞】：D12、USB_HUB、ARM、MassStorage協(xié)議.FAT區(qū).綜述目錄1引言.21.1USB接口的分析.21.2USB器件的選擇.31.3MassStorage協(xié)議與FAT16文件系統(tǒng).32系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的概述.42.1嵌入式系統(tǒng).42.1.1ARM的初步介紹.42.2PDIUSBD12芯片介紹.52.2.1PDIUSBD12芯片的性能與特點(diǎn).53USB系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu).53.1USB總線拓?fù)浣Y(jié).53.2.1USB設(shè)備.63.2.2USBHUB.73.2.4設(shè)備電源.73.2.5設(shè)備的掛起.73.3USB主機(jī).83.4USB設(shè)備接口的固件程序設(shè)計(jì).83.5USB數(shù)據(jù)流.104應(yīng)用的協(xié)議.134.1MassStorage協(xié)議.134.2BulkOnly傳輸協(xié)議.164.3SCSI指令集.185程序的實(shí)現(xiàn).215.1主循環(huán)MAINLOOP.C.215.2中斷服務(wù)程序.215.3控制端點(diǎn)處理.225.4普通端點(diǎn)處理.235.5數(shù)據(jù)提交函數(shù).24六固件調(diào)試.256.1固件調(diào)試.256.2USB器件的檢查.256.3提供描述符.256.4BULK_ONLY傳輸協(xié)議命令處理.266.5SCSI命令集.276.6系統(tǒng)調(diào)試測試.29七總結(jié).32參考文獻(xiàn).331引言1.1USB接口的分析USB是一種價(jià)格低廉、體積很小、效率高、速度快和支持熱插拔的新型串行通信接口。它能夠支持許多個(gè)外部設(shè)備的同時(shí)連接和通信，而且即插即用方便的特點(diǎn)能夠使用戶可以不重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的情況下直接把USB接口的外部設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)直接開始通信。USB設(shè)計(jì)規(guī)范性為計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的通信提供了一個(gè)比較完整的解決策略，它與舊式的計(jì)算機(jī)接口相比較，USB總線特性有下面的特點(diǎn)：1、它的接口小巧。與舊式的計(jì)算機(jī)接口相比較，USB的接口有非常明顯的體積優(yōu)勢，朝著計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備便攜化和小型化發(fā)展的大趨勢。2、USB是共享式接口。USB接口運(yùn)用了“菊花鏈”方式，能夠支持許多個(gè)外設(shè)的連接。經(jīng)過USB集線器，單個(gè)USB主控制器它能偶可以連接最多126個(gè)外部設(shè)備，它大大提高了計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備功能擴(kuò)展和應(yīng)用能力。3、它能夠支持即插即用和熱插拔。當(dāng)一個(gè)USB外部設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測到該設(shè)備，同時(shí)加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。因此，USB可以自動(dòng)配置，用戶可以不需要其他任何手動(dòng)配置，當(dāng)連接設(shè)備時(shí)不要重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)；用戶也能夠隨時(shí)斷開USB設(shè)備和計(jì)算機(jī)的連接，同時(shí)并不會(huì)損害計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備。4、它能夠節(jié)省系統(tǒng)資源。系統(tǒng)中給USB主控制器分配一根IRQ線盒幾個(gè)I/O地址，它再給外部設(shè)備分配唯一的一個(gè)地址。5、USB能夠支持許多種操作。3種傳輸速率：低速1.5Mbit/s、全速2Mbit/s、高速80Mbit/s。同時(shí)，4種類型的傳輸模式：塊傳輸、中斷傳輸、同步傳輸、控制傳輸。這樣USB就能夠滿足不同種外部設(shè)備的功能需求。6、USB成本很低?，F(xiàn)在，市場上USB的主控與從控芯片的價(jià)格都十分便宜，比如USB電纜等也非常的便宜，再加上USB具有很高的性能，使USB成為性價(jià)比非常高的計(jì)算機(jī)接口。7、USB能夠提供電源。當(dāng)外部設(shè)備耗電不大，能夠可以考慮用USB接口直接供電的方式，這樣十分方便與便攜。8、USB同時(shí)擁有的很好的兼容性。1.2USB器件的選擇在對(duì)一個(gè)USB設(shè)備開發(fā)之初，首要根據(jù)具體情況要求選擇適當(dāng)?shù)腢SB控制器?，F(xiàn)在，市面上供應(yīng)的USB控制器大體有兩種：一種是帶USB接口的單片機(jī)（MCU），另一種是純粹的USB接口芯片。1、帶USB接口的單片機(jī)從應(yīng)用上能夠可以分成兩大類：（1）專門應(yīng)用于底層設(shè)計(jì)USB控制的單片機(jī)（2）增加了USB接口的普通單片機(jī)。如果USB接口芯片僅僅處理USB通信，那么必須得有一個(gè)外部微處理器來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)議處理。比較有特點(diǎn)的產(chǎn)品有Philips公司的PDIUSBD12(并行接口），NS公司的USBN9603/9604(并行接口）和NetChip公司的NET2888等。USB接口芯片的主要特點(diǎn)是接口方便、價(jià)格便宜、可靠性高，特別是在適合于產(chǎn)品的改型設(shè)計(jì)方面上（軟件只需要增添微處理器的USB中斷處理和數(shù)據(jù)交換程序、PC機(jī)的USB接口通信程序，不需要對(duì)原有的產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上作很大的變動(dòng)，在硬件上只需要對(duì)并行總線和中斷進(jìn)行變動(dòng)）。1.3MassStorage協(xié)議與FAT16文件系統(tǒng)USB組織在定義了海量存儲(chǔ)設(shè)備類（MassStorageClass）的規(guī)范制，而且這個(gè)類規(guī)范又包括四個(gè)獨(dú)立的子類規(guī)范，1.USBMassStorageClassControl/Bulk/Interrupt(CBI)Transport2.USBMassStorageClassBulk-OnlyTransport3.USBMassStorageClassATACommandB4.USBMassStorageClassUFICommandSpecification。1和2子規(guī)范在定義了數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)USB上的傳輸方法。Bulk-Only傳輸規(guī)范只是使用Bulk端點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)，CBI傳輸規(guī)范使用了Control、Bulk和Interrupt三種類型的端點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)傳送。3和4子規(guī)范是定義了存儲(chǔ)介質(zhì)上的操作命令。ATA命令僅規(guī)范用于在硬盤上，UFI的命令規(guī)范只是對(duì)USB移動(dòng)存儲(chǔ)。MicrosoftWindows中提供了對(duì)MassStorage協(xié)議的支持，所以USB移動(dòng)設(shè)備只是需要遵循MassStorage協(xié)議來組織數(shù)據(jù)和處理命令，就能夠?qū)崿F(xiàn)和PC機(jī)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)。但是Flash的存儲(chǔ)單元的組織形式是用FAT16文件系統(tǒng)，因此，就能夠直接把Windows的瀏覽器上經(jīng)過可移動(dòng)磁盤來進(jìn)行交換數(shù)據(jù)了，Windows可以對(duì)FAT16文件系統(tǒng)的管理，因此，USB設(shè)備并不需要干預(yù)FAT16文件系統(tǒng)操作的完整細(xì)節(jié)。2系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的概述2.1嵌入式系統(tǒng)2.1.1ARM的初步介紹ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫，是微處理器行業(yè)非常知名的一家企業(yè)。ARM在設(shè)計(jì)上不僅實(shí)現(xiàn)了小體積化而且高性能的結(jié)構(gòu)。ARM處理器簡單的結(jié)構(gòu)使得ARM的內(nèi)核非常小，因此使得工作期間的低功耗。ARM處理器核具有卓越的性能和非常突出的優(yōu)點(diǎn)，不僅成為高效率、低消耗、低成本嵌入式處理器核的代名詞，同時(shí)也得到許多廠家的大力支持。ARM處理器是在32位高端嵌入式系統(tǒng)中使用的主流芯片之一，占有了絕大部分的市場，而且提供了在數(shù)字處理和移動(dòng)通信等消費(fèi)類嵌入式產(chǎn)品非常好的解決方案。ARM處理器是精簡指令集計(jì)算機(jī)RISC體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它不僅集成了非常典型的RISC結(jié)構(gòu)特性，RISC是指ReducedInstructionSetComputer的縮寫，比如：1.具有簡單的尋址模式，全部加載/存儲(chǔ)的地址都是由寄存器的內(nèi)容與指