基于CBI傳輸結(jié)構(gòu)的USB硬盤接口應(yīng)用設(shè)計

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站基于CBI傳輸結(jié)構(gòu)的USB硬盤接口應(yīng)用設(shè)計歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘要：主要介紹采用CBI傳輸結(jié)構(gòu)進行USB大容量存儲設(shè)備設(shè)計時應(yīng)該注意的問題；詳細說明對應(yīng)CBI結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)進行哪些設(shè)置和如何設(shè)置；給出用臺灣創(chuàng)品公司的T33510設(shè)計USB鍵盤的實例。    關(guān)鍵詞：USB CBI 大容量存儲設(shè)備引言USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的

2、總線標準，而是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，具有使用方便、速度較快、連接靈活、獨立供電等特點。1998年后，隨著微軟在Windows 98中內(nèi)置了對USB接口的支持模塊，加上USB設(shè)備的日漸增多，USB逐步走進了實用階段，USB協(xié)議已經(jīng)發(fā)展到2.0版本，最高速度可達480Mb/s。目前，廣泛使用的1.1版本也可達12Mb/s。USB協(xié)議中，對USB設(shè)備按類型進行分類。同類型的設(shè)備擁有一些共同的行為特征和工作協(xié)議，這樣可以屏蔽不同硬件之間的差別，以便于主機（PC）對設(shè)備進行方便、統(tǒng)一的>' target='_blank' class='infotextkey

3、'>管理。對USB大容量存儲設(shè)備（mass storage device）的設(shè)計，國際有關(guān)機構(gòu)定義了兩種基本傳輸方式：CBI和BULK ONLY，并對各自開發(fā)過程中應(yīng)注意的問題進行了規(guī)定，開發(fā)者必須遵循其中至少一種。一、CBI結(jié)構(gòu)要點在CBI（Control/Bulk/Interrupt）結(jié)構(gòu)中，要用到USB協(xié)議中說到的控制（Control）、批量輸入/輸出（Bulk in/out）、中斷（Interrupt）四種端點（Endpoint）?？刂贫它c用來在主機和設(shè)備間傳送USB標準命令和對硬盤的控制命令集；批量輸入/輸出端點用來傳輸數(shù)據(jù)；可選用的中斷端點用來通知命令的完成。1.數(shù)據(jù)

4、傳輸?shù)恼f明主機和CBI存儲設(shè)備間的通訊通過命令/數(shù)據(jù)/狀態(tài)的傳輸來實現(xiàn)，就是說，協(xié)議從主機向設(shè)備傳送命令，在主機和設(shè)備間相互傳送數(shù)據(jù)，從設(shè)備向主機傳送命令執(zhí)行狀態(tài)，并允許主機對設(shè)備進行重啟。USB大容量存儲設(shè)備應(yīng)可接收2類重啟命令和3類命令塊（command block）。2類重啟命令是：USB端口重啟和命令重啟；3類命令塊是：非數(shù)據(jù)（nondata）、數(shù)據(jù)輸入（data-in）和數(shù)據(jù)輸出（data-out）。本文只對各類命令中和CBI存儲設(shè)備設(shè)計相關(guān)的加以說明，其余屬于普通USB總線傳輸?shù)膬?nèi)容可參考USB協(xié)議。（1）USB端口重啟通常用在設(shè)備死機等情況。通過主機USB端口強制設(shè)備重啟，詳細情

5、況可參見USB協(xié)議。（2）命令重啟在使用端口重啟之前，主機也可以通過發(fā)送重啟命令來使設(shè)備重啟。在接收到該命令后，設(shè)備將依次執(zhí)行如下動作：a.嘗試從正在執(zhí)行的命令或數(shù)據(jù)傳輸中退出；b.清除等待執(zhí)行的其它命令；c.清除設(shè)備緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)；d.按照設(shè)備所使用的子類相應(yīng)協(xié)議執(zhí)行重啟，例如執(zhí)行自檢測、對設(shè)備進行初始化并恢復(fù)到缺省狀態(tài)。（3）非數(shù)據(jù)命令傳輸?shù)目偩€>' target='_blank' class='infotextkey'>管理和與之相關(guān)的設(shè)備初始化等功能，詳細情況可參見USB協(xié)議。b.類相關(guān)命令。采用CBI結(jié)構(gòu)的存儲設(shè)備應(yīng)該在控制端點上支持

6、的USB類相關(guān)命令為：Accept Device-Specific Command（ADSC）。由ADSC從主機向設(shè)備傳送命令塊。ADSC命令的起始包由表1所示8個字節(jié)組成。表1 ADSC起始包結(jié)構(gòu)字  節(jié)命  名大  小值說     明0bmRequestTypeByte21h指明為USB類相關(guān)命令1bRequestByte00h指明為ADSC命令2(LSB)   wValue        (MSB)Word00h保留300h4(L

7、SB)    wIndex        (MSB)Word?hbInterfaceNumber指明設(shè)備用哪個端口接收命令500h保留6(LSB)    wLength        (MSB)Word?h指明每次傳送命令時的數(shù)據(jù)大小7需要注意的是，wLength的值由所設(shè)計的存儲設(shè)備所屬的子類決定，這可以在接口描述字中的bInterfaceSubClass域設(shè)置。WLength設(shè)置好之后，每次傳

8、輸命令數(shù)據(jù)時就必須嚴格按照這個值進行。如果不等，設(shè)備就將認為此次傳輸失敗并向主機發(fā)回相應(yīng)提示，而且CBI結(jié)構(gòu)的大容量存儲設(shè)備每次只能接收1個命令塊。在主機端，應(yīng)該把將要傳輸?shù)拿钜躁犃行问脚藕帽阌趥魉?。下面是個ADSC命令的舉例：1 SOF(xA5)2 SETUP(xB4) ADDR(x7F) ENDP(x0)3 DATA0（xC3）DATA(x21 00 00:00 00:00 0C:00)4 ACK(x4B)5 SOF(xA5)6 OUT(x87)ADDR(x7F)ENDP(x0)7 DATA1(xD2) DATA(x 2A 00 00:01:23:45 00 00:)8 NAK(x5A)

9、9 SOF（xA5）10 OUT(x87) ADDR(x7F) ENDP(x0)11 DATA1(xD2) DATA(x 2A 00 00:01:23:45 00 00:)12 ACK(x4B)13 SOF(xA5)14 DATA0(xC3) DATA(x 00 00 00:00)15 NAK(x5A)16 SOF(xA5)17 OUT(x87) ADDR(x7F) ENDP(x0)18 DATA0(xC3) DATA(x 00 00 00:00)19 ACK(x4B)20 SOF(xA5)21 IN(x96) ADDR(x7F) ENDP(x0)22 NAK(x5A)23 SOF(xA5)2

10、4 IN(x96) ADDR(x7F) ENDP(x0)25 DATA1(xD2) DATA ( )26 ACK(x4B)(4)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出主機和存儲設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)時所用。當主機通過控制端點發(fā)出數(shù)據(jù)輸入或數(shù)據(jù)輸出命令并向設(shè)備批量輸入端點或發(fā)出IN PID或OUT PID后，設(shè)備開始向主機輸出數(shù)據(jù)或從主機輸入數(shù)據(jù)直至達到主機要求的量為止。2.CBI存儲設(shè)備相關(guān)描述字設(shè)置按照USB協(xié)議，每一個USB設(shè)備都有一個或多個配置，每個配置對應(yīng)相應(yīng)設(shè)備的一項功能。配置是口的集合，通過接口指定設(shè)備如何進行USB總線互聯(lián)，而接口又是一系列端點的集合。從設(shè)備到端口都有相應(yīng)的描述字進行設(shè)備，對它們的一般信息

11、進行說明。CBI結(jié)構(gòu)存儲設(shè)備應(yīng)該支持下列USB描述字：a.設(shè)備描述字（device descriptor）。b.配置描述字（configuration descriptor）。c.接口描述字（interface descriptor）。CBI存儲設(shè)備至少應(yīng)支持一個數(shù)據(jù)接口。d.端點描述字（endpoint descriptor）。除用作初始化和命令傳輸?shù)目刂贫丝贓ndpoint 0外、CBI存儲設(shè)備還應(yīng)該支持批量輸入、批量輸出、中斷三種端點。（1）設(shè)備描述字和配置描述字有關(guān)這兩類描述字的結(jié)構(gòu)和含義在USB協(xié)議有關(guān)這兩類描述字的結(jié)構(gòu)和含義在USB協(xié)議有詳細介紹，本文不再作更多說明，設(shè)計時根據(jù)實際

12、情況加以設(shè)置即可。（2）接口描述字CBI存儲設(shè)備至少應(yīng)支持1個數(shù)據(jù)接口。此數(shù)據(jù)口包括最多4個端點，即前面提到的：控制、批量輸入/輸出、中斷。其中中斷端點可設(shè)置為用或不用。接口描述字的結(jié)構(gòu)和含義在USB協(xié)議中也有介紹。這里需要說明的有3點：第一是描述字中的bInterfaceClass域，必須設(shè)成08h，用來說明該設(shè)備為大容量存儲系統(tǒng)。第二是bInterfaceSubClass域，用來指明設(shè)計時所使用的對設(shè)備進行控制的標準命令集。如01h指明是Reduced Block Commands，06h指明是SCSI transparent command set，設(shè)計時可根據(jù)需要選用。這些在USB M

13、ass Storage Class Specification Overview中有詳細說明。第三是bInterfaceProtocol域，指明存儲設(shè)備的設(shè)計使用體積結(jié)構(gòu)。00h和01h說明使用CBI結(jié)構(gòu)。不同的是前者說明設(shè)備需使用中斷端口告知系統(tǒng)命令的完成與否。（3）端點描述字接口所用的每一個除控制端口之外的端口都有自己的描述字。這些端口描述字總是作為配置信息的一部分在回應(yīng)GetDescriptor命令時由設(shè)備發(fā)給主機的。CBI存儲設(shè)備所支持的批量輸入/輸出和中斷端點描述字結(jié)構(gòu)相同。不同的是具體設(shè)置，如表2所列。表2 端點描述字結(jié)構(gòu)字  節(jié)命  名大  小值說&

14、#160;   明0bLengthByte07h指明該描述字長度1bDescriptorTypeByte05h指明該描述字為端點描述字2bEndpointAddressByte8?h或0?h指明該描述字在設(shè)備上的端號，必須在1-15之間Bit0.3 指明端口號Bit4.6 保留，須設(shè)為0Bit 7  0說明為輸出端口，1說明為輸入端口3bmAttributesByte?h指明是什么端點描述字（批量端點為02h，中斷端點為03h）4wMaxPacketSizeWord00?h最大數(shù)據(jù)傳輸長度56bIntervalByte?h數(shù)據(jù)傳輸間隔（對批量端點，設(shè)成00h）表3

15、 中斷端口狀態(tài)信息結(jié)構(gòu)字  節(jié)命  名大  小值說   明0bTypeByte?h00h:指明為命令完成情況中斷01h-FFh：保留1bValueByte?h當bType為00hjf ,Bit7.4:由設(shè)計者指定Bit3.2：保留，需設(shè)成0Bit1.0：命令完成狀態(tài)    00=通過    01=失敗    10=相位錯誤    11=永久失敗中斷端點可由接口描述字的bInterfaceProtocol域的設(shè)置決定用否。如果設(shè)

16、成00h，就需用中斷端點來提示命令的完成情況。當設(shè)備需要產(chǎn)生中斷時，CBI設(shè)備應(yīng)該在中斷端點返回2個字節(jié)的狀態(tài)信息，主機系統(tǒng)使用接口描述字的bInterfaceSubClass域的值來判別這2個字節(jié)的含義，并做出相應(yīng)的處理，這2個字節(jié)定義如表3所列。二、CBI結(jié)構(gòu)的USB存儲設(shè)備開發(fā)實例這里介紹我們在開發(fā)數(shù)字化家庭信息系統(tǒng)中的USB硬盤接口時一些簡單過程和經(jīng)驗。1.T33510控制器開發(fā)時采用的T33510是臺灣創(chuàng)品公司生產(chǎn)的以89C51為內(nèi)核，集成有USB和IDE存儲設(shè)備接口的控制芯片。由于集成度較高，因此在成本和開發(fā)難度上較低。它擁有很靈活的體系結(jié)構(gòu)，能夠滿足設(shè)計需要，具體說明如下：*內(nèi)嵌

17、有和89C51兼容的8位單片機；*32K×8片內(nèi)ROM；*768×8片內(nèi)RAM；*可用作DMA通道的兩個528×8片內(nèi)RAM；*擁有和89C51相似的P0、P1、P2和P3口，支持存儲器的外部擴展；*具有省電模式；*擁有5個中斷源，其中復(fù)用有USB中斷源；*支持全速（12Mb/s）和低速（1.5Mb/s）的USB數(shù)據(jù)傳輸速率；*擁有Control endpoint、Bulk in/out endpoint、Interrupt endpoint等USB通訊端口。*和Compact Flash Specificeation Rev.1.3兼容的IDE設(shè)備接口；*內(nèi)置有

18、ECC（Error Correction Code）功能；*使用3.3V工作電壓。2.T33510中有關(guān)USB寄存器設(shè)置為方便設(shè)備的開發(fā)，對一些常用的USB參數(shù)，T33510已經(jīng)設(shè)置好，開發(fā)時只要對其它一些比較靈活的部分在相應(yīng)寄存器中加以設(shè)置即可。這里結(jié)合本文前面討論的CBI部分加以說明。對控制端點，T33510提供了1個8位控制寄存器USBICX和4個字節(jié)的控制端點數(shù)據(jù)寄存器USBICMD。對中斷端點，T33510提供8位的控制寄存器USBICR和最少2個字節(jié)最多8個字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器（USBICRD1USBICRD8）。對批量輸入/輸出端點，也有控制寄存器USBIBULK和64個字節(jié)的FIF

19、O提供使用。T33510的通用控制寄存器USBIGEN對接口描述字中bInterfaceProtocol等域進行設(shè)置，其結(jié)構(gòu)如表4所列。表4 通用控制寄存器結(jié)構(gòu)-SYS_OKB_INTF_PI_INTF_SCB_INTF_CSUSP_n-R/WR/WR/WR/WR0000000176543210SYS_OK用來通知主機所需各種描述字已準備好，可以進行訪問。B_INTF_P用來設(shè)置bInterfaceProtocol域，當為1時，設(shè)該域為00h；當為0時，設(shè)該域為01h。我們在設(shè)計時設(shè)為1，指明使用中斷端口來說明命令完成情況。I_INTF_SC用來設(shè)定iInterfaceSubClass域，當為

20、1時，設(shè)該域為FFh；當為0時，設(shè)該域為01h。我們在設(shè)計時設(shè)為0，指明使用RBC命令集。B_INTF_C用來設(shè)定bInterfaceClass域，當為1時，設(shè)該域為FFh；當為0時，設(shè)該域為08h，指明為容量存儲系統(tǒng)。我們在設(shè)計時將該位置0。SUSP_n為系統(tǒng)掛起標記。T33510支持CBI結(jié)構(gòu)所需的4種端點，按控制端點、批量輸入、批量輸出、中斷端點的順序依次分配端點號為0、1、2、3。在中斷端點速率寄存器USBIINTR中，可對速度進行設(shè)置。開發(fā)時我們設(shè)為FFh。端點寄存器其它域已由T33510預(yù)先設(shè)置好。3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計基于T33510的USB硬盤結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)可分為兩部分

21、：主機端和單片機端。USB設(shè)計分硬件和軟件兩部分。硬件包括電路設(shè)計和固件程序的編寫，通常用匯編或C語言；軟件分USB設(shè)備驅(qū)動程序和USB客戶軟件。固件的編寫可采用分塊的方法，比如Main模塊、Interrupt模塊、Vector模塊、Timer模塊、Declare模塊等。通過編譯連接以.hex文件的格式寫到芯片里面去。固件主要解決以下幾個問題：一是描述符的確定與建立；二是中斷請求的功能實現(xiàn)；三是命令請求的解析；四是初始化的設(shè)置。設(shè)備驅(qū)動程序和客戶軟件位于主機端。T3351所支持的RBC命令集包括INQUIRY、READ FORMAT CAPASCITIES、READ、WTITE等等，有關(guān)RBC

22、命令可從相應(yīng)協(xié)議中得到。系統(tǒng)通過READ命令讀取硬盤的啟動扇區(qū)，并分析其文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后讀取其它扇區(qū)進行文件的操作。T33510的IDE接口設(shè)計有對硬盤操作所需的各個寄存器，符合Compact Flash Specification Rev.1.3協(xié)議，給程序編制帶來了很大方便。由于所有的文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的分析都交由PC端來執(zhí)行，因此在IDE接口上，只需提供基本的“Sectors Read”和“Sectors Write”等命令就可以了。主程序流程如圖2所示。下面給出對硬盤一個扇區(qū)進行讀寫的C語言程序段。讀扇區(qū)：void ReadOneSecoter (Dword LBA)IDE_WRITE_1F6(0xE0); Master & LBA模式IDE_WRITE_1F2（1）； /扇區(qū)數(shù)IDE_WRITE_1F3（LBA%0x100）；/LBA_7_0位IDE_WRITE_1F4（LBA/0x100）%0x100）;/LBA_15_8位IDE_WRITE_1F5（LBA/0x10000）%0x100）；/ LBA_23_16位IDE_WRITE