51單片機控制SL811HS的USB主機底層驅動

1、51單片機控制sl811hs的usb主機底層驅動 基于接口的設備用法便利，性價比高，因此在人們的工作和生活中得到了廣泛的應用，如u盤、移動硬盤、移動光驅、usb攝像頭、usb鼠標鍵盤等。同時，51 系列以其成熟的技術和高性價比吸引了大量國內用戶，被廣泛應用于測控和領域。因此，假如在51 單片機系統(tǒng)中增強usb 主機接口，實現(xiàn)對usb 從機設備的控制，則該單片機系統(tǒng)可充分利用現(xiàn)有的各種usb從機設備，大大擴展單片機系統(tǒng)的功能。本設計實現(xiàn)了在系統(tǒng)中增強usb主機功能，采納一般51單片機外接專用usb接口芯片的計劃。這種計劃雖然會使系統(tǒng)傳輸速度受到限制，而且在穩(wěn)定性方面有所欠缺，但此計劃設計靈便性高

2、，且易于移植，為低成本產品的開發(fā)提供了廣大前景。設計中采納的51單片機是公司的at89s52芯片，usb主機功能的擴展通過外接專用usb接口芯片sl811hs實現(xiàn)。cypress公司的usb接口芯片sl811hs可以工作在主機或從機模式，支持usb1.1的全速和低速數(shù)據(jù)傳輸。工作在主機模式時，sl811hs可以自動檢測外設的插拔動作，可以根據(jù)外處理器(如單片機)的要求自動把數(shù)據(jù)整合為usb協(xié)議數(shù)據(jù)包舉行數(shù)據(jù)傳輸。圖 1 系統(tǒng)硬件暗示圖本文將介紹單片機at89s52控制sl811hs的硬件設計和底層驅動的編寫，其中重點敘述底層驅動的設計。硬件設計系統(tǒng)的硬件原理圖1所示。at89s52的供電為5v

3、，sl811hs的為3.3v。盡管供電電壓不同，但按照芯片引腳的信號噪聲容限參數(shù)分析可知，at89s52與sl811hs之間的引腳可以挺直相連，不需要電平轉換或緩沖。表1 usb主機枚舉操作驅動的層次關系軟件設計usb主機驅動是一個凹凸層子程序的組合，實現(xiàn)usb傳輸和控制的過程是較高層子程序調用較低層子程序的過程。編寫usb主機驅動時，可接從低層往高層的挨次逐層舉行。以usb主機枚舉從機設備的操作為例，實現(xiàn)該功能所需要的各層子程序層次關系如表1所示。本文將介紹較低層的幾個子程序的實現(xiàn)，包括讀寫sl811hs內部寄存器、傳輸事務的實現(xiàn)、設備插拔檢測、復位等，其中，“傳輸事務的實現(xiàn)”是關鍵和難點，

4、同時也是本文的重點。單片機讀寫sl811hs內部寄存器讀寫sl811hs內部寄存器子程序是最低層的子程序，系統(tǒng)所舉行的各種操作主要都是通過調用這些子程序讀寫sl811hs內部寄存器實現(xiàn)的。例如，通過讀取sl811hs的狀態(tài)寄存器獵取sl811hs的狀態(tài)信息可以實現(xiàn)設備插拔檢測、設備速度檢測等，通過向sl811hs的相關控制寄存器寫入控制字節(jié)可以實現(xiàn)usb復位以及usb數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。sl811hs內部寄存器從編程結構的角度來看，sl811hs內部寄存器一共有256個單元，每個單元是一個字節(jié)，其中地址為00h0fh的前16個單元是sl811hs的狀態(tài)寄存器或控制寄存器(統(tǒng)稱為特別寄存器)，其余的

5、是數(shù)據(jù)緩沖寄存器。表2列出了16個特別寄存器的名稱和主要功能含義。表2 sl811hs內部特別寄存器簡介單片機讀寫sl811hs內部寄存器的實現(xiàn)根據(jù)sl811hs的讀寫控制信號時序圖編寫單片機讀寫sl811hs內部寄存器的子程序，使各控制引腳上根據(jù)規(guī)定的時序給出符合要求的信號脈沖。 在這個程序中，單片機命令周期的大小將挺直影響輸出信號的保持時長和時序關系。初始化初始化操作主要包括sl811hs芯片復位、usb總線復位、設備插拔檢測和設備usb數(shù)據(jù)傳輸速度檢測等。通過這些初始化操作，sl811hs將作為usb主機與從機之間建立一個底層協(xié)議銜接關系，為后續(xù)的數(shù)據(jù)通信做好預備。sl811hs芯片復位

6、usb接口芯片sl811hs的復位是對芯片的狀態(tài)舉行復位，包括了對芯片內部寄存器值的復位。實現(xiàn)該操作不需要讀寫接口芯片內部寄存器，只需向接口芯片的復位引腳輸入一個有效的復位脈沖即可。usb總線復位根據(jù)usb協(xié)議，usb總線復位是指在usb數(shù)據(jù)線上輸出se 0態(tài)，并保持10ms以上，接在usb總線上的從機設備收到這個復位信號后就會舉行自身的復位操作，為接下來的usb數(shù)據(jù)傳輸做好預備。通過設置接口芯片的ctrlreg05h寄存器的第4、3位為規(guī)律”01”，并保持10ms，然后再把它們復原為規(guī)律”00”，就可以讓接口芯片產生usb總線復位信號。設備拔插檢測和設備速度檢測在usb協(xié)議的物理層上，usb

7、從機設備是否接在usb總線上是通過檢測總線的電壓得知的。按照該電壓的凹凸，還可獲知usb總線上的設備所支持的速度(例如，在usb1.1協(xié)議中，分有低速和全速)。 usb主機接口芯片sl811hs把這個物理層的電壓檢測結果反映到狀態(tài)寄存器的取值上，通過讀取這些狀態(tài)寄存器的值，可以獲知當前的設備插拔狀態(tài)和設備速度。usb主機所舉行的初始化操作除了上述3項外，還包括幀起始包啟動/禁止的設置、幀同步設置、幀定時初值的設置等，它們都是通過對接口芯片特別寄存器舉行讀寫而實現(xiàn)的。傳輸事務的實現(xiàn)按照usb1.1協(xié)議，一個傳輸事務普通包含3個包(packet)的傳輸，分離是標志包(token packet)、數(shù)

8、據(jù)包(data packet)和握手包(handshake packet)。usb數(shù)據(jù)傳輸方式一共有四種，分離是控制傳輸(control transfer)、同步傳輸(isochronous transfer)、中斷傳輸(interrupt transfer)和批傳輸(bulk transfer)。其中，控制傳輸方式起碼由2個傳輸事務構成，其它三種傳輸方式則都各由個傳輸事務構成?？梢姡瑐鬏斒聞赵趗sb傳輸中至關重要。一個典型的傳輸事務含有3個包的傳送，這延續(xù)的3個包數(shù)據(jù)流如表3所示。表3 一個傳輸事務的數(shù)據(jù)流暗示用法sl811hs設計usb主機系統(tǒng)時，用戶只需讓單片機設置sl811hs內部幾個

9、相關的特別寄存器，然后把傳輸事務啟動位使能(置為規(guī)律1)，就可以讓接口芯片自動完成這個包的發(fā)送與接收。在表3所示的例子中，第n個包(標志包)和第n+2個包(握手包)都是由主機發(fā)送給從機的，第n+1個包(數(shù)據(jù)包)是由從機發(fā)送給主機的。這個傳送方向和第n+2個包的傳送方向都是由標志包中的標識域取值打算的，其規(guī)章可參考usb協(xié)議。假如傳輸事務的數(shù)據(jù)包是由從機發(fā)送給主機，則該傳輸事務屬于輸入類型，稱為輸入傳輸事務，反之則稱為輸出傳輸事務?？梢?，表3例子是一個輸入傳輸事務。對于一個輸入傳輸事務，單片機通過設置sl811hs內部特別寄存器就可以打算其取值的包域主要有：標志包中的標識域、地址域和端點域，數(shù)據(jù)

10、包中的標識域。在輸入傳輸事務中，雖然數(shù)據(jù)包并不是由主機發(fā)送的，但之所以仍需要單片機設置與數(shù)據(jù)包標識域相關的寄存器，是由于主機在該傳輸事務中將只認可標識域符合所設置值的數(shù)據(jù)包。其余部分，如標志包中的其它域及握手包的內容則都是sl811hs按照狀況自動產生的。主機接口芯片sl811hs完成一次輸入傳輸事務后，假如傳輸勝利，單片機就可以從sl811hs的數(shù)據(jù)緩沖寄存器讀到從機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。此處，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址是由單片機預先通過設置控制寄存器指定的。對于輸出傳輸事務，單片機同樣需要設置相關的寄存器以確定標志包的標識域、地址域、端點域和數(shù)據(jù)包的標識域，以及存放發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)首地址，并且，這個緩沖

11、區(qū)中的數(shù)據(jù)也是由單片機寫入的。詳細地，單片機控制usb主機接口芯片舉行一次傳輸事務所需要執(zhí)行的操作步驟如下：首先，假如是輸出傳輸事務，則需要把將在數(shù)據(jù)包中發(fā)送給從機的數(shù)據(jù)存放到sl811hs的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。第二，做好相關的傳輸預備工作，即設置接口芯片中的4個特別寄存器。這4個寄存器的名稱及其在傳輸事務中的作用如表4的前4項所列。表4 與傳輸事務 挺直相關的sl811hs特別寄存器第三，啟動傳輸事務：把寄存器ep0control00h或ep1control08h的第0位(即傳輸事務啟動位)置為規(guī)律1即可啟動傳輸事務。但在此之前必需把這個寄存器中其它位設置好(或與啟動位同時設置)，與這個寄存器相關的包域如表4中最后一項所列。第四，單片機讀取寄存器ep0status03h或ep1status0bh的值，以獲知此次事務傳輸?shù)耐瓿蔂顩r。最后，假如傳輸勝利，而且該傳輸事務是輸入性質的，則單片機