基于嵌入式ARM的USB設(shè)計與實現(xiàn)

1、引 言1 S3C2440A特點2.2 串口電路2.3 電源電路3 驅(qū)動程序的研究3.1 USB主機3.2 USB傳輸類型3.3 USB設(shè)備請求3.4 USB驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)4 結(jié) 語USB（Universal Serial Bus）是通用串行總線的縮寫，因其具有方便易用，動態(tài)分配帶寬，容錯性優(yōu)越和高性價比等特點，現(xiàn)已成為計算機的主流接口。隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，各種小型終端需要開發(fā)出與外界聯(lián)系的USB接口。目前，常用的技術(shù)有兩種。基于單片機的USB接口，特點是需要外置芯片，電路復(fù)雜，留下的CPU資源不多；基于ARM的USB接口，特點是資源豐富，但arm系列產(chǎn)品較多，如果選型不當(dāng)，還需要搭接較多的

2、外圍電路，且不能很好地發(fā)揮CPU性能。該設(shè)計采用三星公司arm9核的S3C2440A芯片作為CPU，因為該芯片內(nèi)部集成了控制USB的所有部件，外圍電路簡單，易于實現(xiàn)。S3C2440A的CPU部分主要集成了電源模塊、復(fù)位和時鐘模塊、觸摸屏和小鍵盤模塊、程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器模塊。同時提供如下豐富的外圍接口：同步存儲器（SDRAM）和NAND FLASH控制接口，可擴展到1 GB的存儲的空間；4個DMA通道和24個中斷端口；能控制STN LCD和TFT液晶屏顯示，支持觸摸屏功；USB接口A型和B型各一個；3個串行口、I2C，SPI，I2S等接口；帶AC97音頻接口；具備SD卡、數(shù)碼相機接口和網(wǎng)絡(luò)接

3、口。S3C2440A還具備多種工作模式，管腳為1717方型分布，橫向從左1到右17編號，縱向從下A到上U編號，分類為A1A17，B1B17， C1C17依此類推到U1U17.這些管腳所對應(yīng)的功能并不是惟一的，通常只要使能變化，S3C2440A就能實現(xiàn)不同的控制功能。該設(shè)計涉及到的 S3C2440A，其管腳如表1所示分為3類。串口在該設(shè)計中的作用是通過計算機加載USB驅(qū)動程序，原理如圖2所示。由于S3C2440A芯片的管腳對電壓提出了不同要求，所以需要完成電源的變壓，其原理如圖3所示。按USB接口，其設(shè)備結(jié)構(gòu)可分為USB Host（主機）和USB Device（外部設(shè)備）。USB主機控制USB設(shè)

4、備進行通信，而主機與主機之間，或USB設(shè)備與USB設(shè)備之間是不能通信的。USB主機的功能通常包含以下幾個部分：驗證USB設(shè)備是否安插好或拔除；控制USB主機與設(shè)備兩者中的數(shù)據(jù)流；返回USB主機的所顯狀態(tài)。USB系統(tǒng)軟件由以下3個部分組成：主機控制器驅(qū)動（HCD）、USB驅(qū)動（USBD）、主機軟件（Host Software）。主機控制器所具備的功能如表2所示。HCD和USBD包含基于不同抽象層次的軟件接口，兩者以一定的方式協(xié)同完成任務(wù)，用以實現(xiàn) USB系統(tǒng)的功能。它們的任務(wù)差別沒有具體定義，然而HCD要具備的一項功能就是必須支持多種不同主機控制器芯片。在一些操作系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)必須實現(xiàn)某些基本功

5、能時，可由Host Software實現(xiàn)。USB定義了4種傳送類型：控制傳送、同步傳送、中斷傳送、批傳送。其中，控制傳送是指可靠的、非周期性的、突發(fā)的，并由主機客戶軟件所發(fā)起的通信，主要應(yīng)用于控制命令和狀態(tài)信息的傳送；同步傳送是指在主機和設(shè)備之間周期性的、連續(xù)的通信，一般用于傳送時實信息，這種類型保留了將時間概念包含于數(shù)據(jù)的能力，但傳送并不一定很緊急；中斷傳送是指少量數(shù)據(jù)的、低速的、周期的傳送；批傳送是指非周期的、大量的、可靠的傳送，其典型應(yīng)用在于傳送那些可以利用帶寬的數(shù)據(jù)。USB設(shè)備應(yīng)通過缺省控制管道（Default Control Pipe）響應(yīng)來自主機的請求命令。這些請求是通過使用控制傳

6、輸來完成的。請求及請求的參數(shù)通過Setup包發(fā)向設(shè)備，由主機負責(zé)設(shè)置Setup包內(nèi)的每個域的值。USB設(shè)備請求包含的請求類型有三種：標(biāo)準(zhǔn)、廠商和設(shè)備類。標(biāo)準(zhǔn)請求用來完成設(shè)備的枚舉過程；廠商請求用來完成使用者自己定義的請求；設(shè)備類請求指的是某些特定的USB設(shè)備類所傳輸出的請求，例如打印機類就屬于這一類。設(shè)備請求要求有嚴(yán)格的定義，包含的內(nèi)容有類型、設(shè)備請求、值、索引和長度。S3C2440A芯片支持USB1.1協(xié)議和USB 2.0協(xié)議。該設(shè)計是針對USB Host（主機，A型），并基于USB 1.1協(xié)議編寫的。程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蛉鐖D4所示。驅(qū)動程序的編寫主要分為以下幾個部分考慮：硬件提取層、中斷服務(wù)程序、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求和主循環(huán)。硬件提取層實現(xiàn)的是S3C2440A對IO端口直接的讀寫操作；中斷服務(wù)程序處理各種中斷，包括總線任務(wù)上的請求；標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求完成主機送來的各種標(biāo)準(zhǔn)請求，用于完成各種枚舉請求；而主循環(huán)則負責(zé)完成前臺的數(shù)據(jù)采集等工作，所有的任務(wù)結(jié)束后都要回到主循環(huán)上去。該設(shè)計采用三星公司arm9的S3C2440A芯片作為CPU，比原來基于單片機的模式，外圍電路簡單，容易可靠地實現(xiàn)嵌入式終端的USB接口功能。在調(diào)試中，用到的嵌入式開發(fā)板GEC2440A套件還提供了串口工具DNW.用這一工具可以檢測驅(qū)動程序的正確與否，如：程序編寫無誤