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采用PDIUSBD12的USB系統固件程序設計
摘要：在設計USB系統的過(guò)程中，固件程序的編寫(xiě)是非常重要的一個(gè)環(huán)節，它直接影響到開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的數據傳輸速度。以Phillips公司的USB控制芯睡PDIUSBD12為例，介紹了在設計開(kāi)發(fā)USB外設中。固件的作用以及固件程序的編寫(xiě)流程，并給出了相應程序。USB（Universal Serial Bus）即通用串行總線(xiàn)，是現在非常流行的一種快速、雙向、廉價(jià)、可以進(jìn)行熱插撥的接口，在現在的每一臺PC機上都可以找到一對USB接口。在遵循USB1.1規范的基礎上，USB接口最高傳輸速度可達12Mb/ｓ：而在最新的USB2.0規范下,更可以達到480Mｂ／ｓ.同時(shí)它可以連接127個(gè)USB設備,而且連接的方式也十分靈活,既可以使用串行連接,也可以使用集線(xiàn)器(Hub)把多個(gè)設備連接在一起,再同PC機的USB接口相連.此外,它還可以從系統中直接汲取電流,無(wú)需單獨的供電系統.USB的這些特點(diǎn)使它獲得了廣泛的應用.但是使用上的方便則意味著(zhù)開(kāi)發(fā)上的復雜,主要是編程的復雜性大大的增加了.
在設計開(kāi)發(fā)一個(gè)USB外設的時(shí)候,開(kāi)發(fā)者主要需要編寫(xiě)三部分的程序: ①固件程序;②USB驅動(dòng)程序;③客戶(hù)應用程序.本文主要闡述固件程序的編寫(xiě).
1 固件要完成的主要工作
固件是FIREWARE的對應中文詞,它實(shí)際上是單片機的程序文件,其編寫(xiě)語(yǔ)言可以采用C語(yǔ)言或是匯編語(yǔ)言.它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密,包括USB設備的連接USB協(xié)議、中斷處理等，它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結合，開(kāi)發(fā)者需要對端口、中斷和硬件結構非常熟悉。固件程序一般放入MCU中，當把設備連接到主機上（USB連接線(xiàn)插入插孔）時(shí)，上位機可以發(fā)現新設備，然后建立連接。因此。編寫(xiě)固件程序的一個(gè)最主要的目的就時(shí)讓W(xué)indows可以檢測和識別設備。
2 PDIUSBD12芯片特點(diǎn)
PDIUSBD12是一個(gè)性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統，并通過(guò)高速通用并行接口與微控制器進(jìn)行通信，而且支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實(shí)現一個(gè)USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統微控制器，允許使用現存的體系結構使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間、風(fēng)險和成本。該器件使開(kāi)發(fā)成本低且高效的USB外圍設備的一種有效途徑。PDIUSDB12完全符合USB1.1規范，也能適應大多數設備類(lèi)規范的設計，如成像類(lèi)、大容量存儲類(lèi)、通信類(lèi)、打印類(lèi)和人工輸入設備等。因此，PDIUSBD12非常適合做很多外圍設備，如打印機、掃描儀、外部大容量存儲器（Zip驅動(dòng)器）和數碼相機等�，F在很多用SCSI實(shí)現的很多設備如果用USB來(lái)實(shí)現可以直接降低成本。
PDIUSBD12還集成了SoftConnect、GoodLink、可編程時(shí)鐘輸出、低頻晶振和終端電阻等特性。所有這些特性都能在系統實(shí)現時(shí)節省成本，同時(shí)在外圍設備上很容易實(shí)現更高級的USB功能。
3 PDIUSBD12固件程序的編寫(xiě)
USB設備啟動(dòng)流程如下：
（1） USB設備接入USB口，發(fā)出連接USB命令；
（2） 主機發(fā)出讀設備描述符兩次；
（3） 主機根據設備描述符——廠(chǎng)商ID、產(chǎn)品ID，啟動(dòng)相應設備驅動(dòng)程序；
（4） 設備驅動(dòng)程序初始化USB設備；
①讀設備描述符；
②讀配置描述符；
③選擇接口、端點(diǎn)（管道），確定傳輸方式。
圖1 PDIUSBD12測試電路連接圖
圖1是PDIUSBD12的電路連接圖。
USB固件程序程序由三部分組成：①初始化單片機和所有的外圍電路（包括PDIUSBD12）；②主循環(huán)部分，其任務(wù)是可以中斷的；③中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對時(shí)間敏感的，必須馬上執行。根據USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機（Host）開(kāi)始的。單片機作它的前臺工作，等待中斷。主機首先要發(fā)令牌包給USB設備（這里是PDIUSBD12），PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機發(fā)中斷。單片機進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類(lèi)型，然后執行相應的操作。在USB單片機程序中，要完成對各種令牌包的響應，其中比較難處理的是SETUP包，主要是端口0的編程。
單片機與PDIUSBD12的通信主要是靠單片機給PDIUSBD12發(fā)命令和數據來(lái)實(shí)現的。PDIUSBD12的命令字分為三種：初始化命令字、數據流命令字和通用命令字。PDIUSBD12數據手冊給出了各種命令的代碼和地址。單片機先給PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據不同命令的要求再發(fā)送或讀出不同的數據。因此，可以將每種命令做成函數，用函數實(shí)現各個(gè)命令，以后直接調用函數即可。
下面的程序是處理主機的標準控制請求的一個(gè)模板：
unsigned char ENDPOINT_A0_FIFO[8]；
//判斷輸入的是SETUP請求，并將其讀入緩沖區ENDPOINT_A0_FIFO
…
if((ENDPOINT_A0_FIFO[0]
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