嵌入式應(yīng)用中的USB主設(shè)備功能

1、嵌入式應(yīng)用中的usb主設(shè)備功能已經(jīng)成為設(shè)備和pc之間通信的標(biāo)準(zhǔn)方式，從通用設(shè)備（如閃存設(shè)備和鼠標(biāo)）到專(zhuān)用設(shè)備，該標(biāo)準(zhǔn)幾乎徹低替代了其他的串行通信協(xié)議。usb外圍設(shè)備彼此之間不能互相通信，它們只能與具有控制能力的usb主設(shè)備通信。直到最近，也惟獨(dú)pc具有主設(shè)備能力。但目前，許多微控制器也具有了usb主設(shè)備的功能，這使得嵌入式應(yīng)用可以銜接越發(fā)廣泛的usb外圍設(shè)備。usb閃存驅(qū)動(dòng)器是一種用法十分廣泛的usb外圍設(shè)備，它已經(jīng)成為傳遞或存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的便宜介質(zhì)，許多數(shù)據(jù)記錄設(shè)備正是得益于它才得以進(jìn)展。對(duì)于遠(yuǎn)程的長(zhǎng)久數(shù)據(jù)記錄，可以先采集，并存儲(chǔ)在閃存驅(qū)動(dòng)器中，然后帶回到便利分析處理的地方。圖1 具有嵌入式u

2、sb主設(shè)備功能的微控制器24fj256gb1閃存驅(qū)動(dòng)器也可以用于向pc中傳輸高速時(shí)光相關(guān)數(shù)據(jù)。pc是極好的數(shù)據(jù)分析工具，但實(shí)時(shí)能力有限。相反，嵌入式應(yīng)用特殊適合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，但數(shù)據(jù)分析能力通常很弱。嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄儀可以在閃存驅(qū)動(dòng)器上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧c上分析，這樣二者的優(yōu)勢(shì)都得到了充分的發(fā)揮。嵌入式usb主設(shè)備的應(yīng)用開(kāi)頭嵌入式設(shè)計(jì)的首要任務(wù)之一是挑選微控制器。為了用法閃存驅(qū)動(dòng)器，微控制器就必需具有嵌入式usb主設(shè)備的能力。假如微控制器具有usb otg（on-the-go）或usb雙角色（dualrole）功能，如公司的pic24fj256gb1微控制器，1所示，它也可以支持嵌入

3、式usb主設(shè)備功能。usb外圍設(shè)備，有時(shí)也稱(chēng)為usb設(shè)備模式，只能用作閃存驅(qū)動(dòng)器等，而不能和其他usb外圍設(shè)備通信。第二，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)確信能有完整的開(kāi)發(fā)工具。起碼也需要一個(gè)器件編程器（假如有一個(gè)調(diào)試器是最好的）和一個(gè)編譯器，由于嵌入式usb主設(shè)備和運(yùn)行在微控制器中的程序往往是用c語(yǔ)言而不是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的。最后，設(shè)計(jì)者也應(yīng)當(dāng)了解哪些軟件庫(kù)是可以獲得的，由于嵌入式設(shè)備發(fā)覺(jué)閃存驅(qū)動(dòng)器時(shí)的握手操作需要usb設(shè)備類(lèi)、fat32文件系統(tǒng)和其他庫(kù)的支持。從頭開(kāi)頭設(shè)計(jì)支持嵌入式usb主設(shè)備的工作會(huì)需要數(shù)月的時(shí)光，而一個(gè)由經(jīng)過(guò)認(rèn)證的協(xié)議棧組成的計(jì)劃可以節(jié)約相當(dāng)多的時(shí)光。為了用法閃存驅(qū)動(dòng)器，嵌入式設(shè)備也需要一種u

4、sb海量存儲(chǔ)類(lèi)（mass storageclass）設(shè)備的終端驅(qū)動(dòng)程序、硬件指令行接口，以及文件系統(tǒng)接口。通常，具有2gb或更低存儲(chǔ)空間的閃存驅(qū)動(dòng)器用法fat16文件系統(tǒng)，而更大容量的閃存驅(qū)動(dòng)器將用法fat32文件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)要求一旦選定了微控制器，硬件設(shè)計(jì)就開(kāi)頭了。usb硬件設(shè)計(jì)需要遵循以下許多規(guī)章（詳見(jiàn)）。 假如嵌入式主設(shè)備需要支持usb設(shè)備類(lèi)，它對(duì)外圍的供電就必需能夠提供500ma的。 假如嵌入式主設(shè)備需要支持任何消耗電流超過(guò)100ma的設(shè)備，它也必需能夠提供500ma的電流。 假如嵌入式主設(shè)備需支持消耗電流100ma或更低的設(shè)備，那么vbus限制就可以降低到4.4v。然而，假如嵌入式主設(shè)

5、備需支持消耗電流超過(guò)100ma的設(shè)備，那么vbus電壓限制是 4.75v，就和全功能主設(shè)備一樣。 必需重新設(shè)計(jì)無(wú)須用戶(hù)干預(yù)就可復(fù)位的過(guò)流庇護(hù)機(jī)制。 從usb到之間的傳輸延遲必需在8ns之內(nèi)。 嵌入式usb主設(shè)備在vbus上的必需大于120f，而且usb otg設(shè)備在vbus上的電容必需為1.0 6.8f。除以上規(guī)章外，也必需認(rèn)真考慮采納嵌入式usb主設(shè)備應(yīng)用的用戶(hù)接口。usb外圍設(shè)備通常用在pc上，萬(wàn)一發(fā)生錯(cuò)誤就可以提供具體的錯(cuò)誤信息。假如指示燈閃耀，用戶(hù)能夠知道銜接失敗了。usb規(guī)范也作了強(qiáng)制性的規(guī)定，經(jīng)過(guò)認(rèn)證的usb嵌入式主設(shè)備必需提供錯(cuò)誤信息。換句話說(shuō)，全部錯(cuò)誤信息必需被明確地通知應(yīng)用層

6、，也就是告訴用戶(hù)。usb設(shè)備認(rèn)證usb認(rèn)證主要用于保證usb設(shè)備符合usb規(guī)范的要求。認(rèn)證可以在各種自立的測(cè)試機(jī)構(gòu)舉行。一旦產(chǎn)品通過(guò)認(rèn)證，生產(chǎn)商就被允許用法usb標(biāo)記，但同樣需要遵守額外的許可證限制（參考usb執(zhí)行者論壇：http:/ ）。產(chǎn)品也可以不通過(guò)usb認(rèn)證而挺直舉行生產(chǎn)和銷(xiāo)售。沒(méi)有usb認(rèn)證，生產(chǎn)商可以聲明自己的產(chǎn)品支持usb，但他不能在設(shè)備或包裝上的任何地方用法usb標(biāo)記。通常，取得usb嵌入式主設(shè)備認(rèn)證是不太難的。通過(guò)usb通信實(shí)現(xiàn)usb嵌入式主設(shè)備的一個(gè)最大挑戰(zhàn)就是要和各式各樣的usb外圍設(shè)備通信。雖然不是全部的閃存驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品都通過(guò)了認(rèn)證，但是假如在嵌入式設(shè)備中一種閃存驅(qū)動(dòng)器可

7、以正常用法，而另一種沒(méi)有任何緣由就不能用法時(shí)，用戶(hù)是不會(huì)興奮的。假如閃存驅(qū)動(dòng)器需要的上電時(shí)光是允許最大時(shí)光的兩倍或一半，或因?yàn)橹鳈C(jī)以最大允許的速率輪詢(xún)時(shí)閃存驅(qū)動(dòng)器被鎖住，以及由于閃存驅(qū)動(dòng)器需要一種不同的scsi指令序列來(lái)建立通信等，這都不會(huì)有任何問(wèn)題。但假如這樣的閃存驅(qū)動(dòng)器在主設(shè)備上不能運(yùn)行，在pc上卻可以正常用法，用戶(hù)會(huì)批判這一主設(shè)備。因此，確保舉行廣泛的測(cè)試，與多種沒(méi)有舉行認(rèn)證的usb外圍設(shè)備舉行通信，即使它只是一個(gè)拇指大的閃存驅(qū)動(dòng)器或一根電纜。雖然嵌入式usb主設(shè)備可以提供usb類(lèi)級(jí)的支持，在舉行設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)，也應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)特別usb外圍設(shè)備支持的限制，通過(guò)對(duì)vid（供給商id）和pid（產(chǎn)品id）的識(shí)別來(lái)保證產(chǎn)品能在設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域正常用法