嵌入式系統的USB虛擬串口設計

4 基于AT89C5131的CDC類的實現

　　AT89C5131與USB接口的硬件連接很簡單，選用一個Btype的USB插座，因為按照USB規范，從設備使用Btype的USB插座，主設備使用Atype的USB插座，將Btype的USB插座的D+和D-腳分別與AT89C5131上的D+和D-腳相連。然后再在電源和D+之間用一個1.5 kΩ的上拉電阻連接，因為按照USB規范，USB主設備是通過從設備在插入時D+和D-上的絕對電平來確定從設備是一個全速設備還是一個低速設備的，而AT89C5131是一個全速設備，所以需要將D+上拉。

　　下面介紹虛擬串口的單片機軟件設計與實現。首先來看一下終端點的分配，按照CDC類抽象控制模型對終端點的需求，將單片機0號終端點和1號終端點分配給通信接口子類，分別作為控制終端點（完成枚舉和串口參數設置）和中斷終端點，而將2號和3號終端點分配給數據接口子類，分別作為IN和OUT終端點，虛擬串口的數據主要從這兩終端點來進行傳送。

　　由于各個終端點的行為相對獨立，對于每個終端點的控制過程又有相似性，在這里以2號終端點即作為數據接口的IN終端點為例，說明軟件是如何對終端點進行操作和控制的，其控制流程圖如圖4所示。2號終端點是一個IN的終端點，它的主要工作是模擬物理串口的TXD線，向主設備發送數據。當主設備發出IN的請求時，如果FIFO不空，就向主設備發送FIFO的內容；如果FIFO為空，則向主設備發送一個空包作為回應。AT89C5131在收到IN的請求時，會觸發USB中斷（如果被使能），在中斷處理程序中，如圖4所示，首先判斷中斷的觸發源是哪個終端點，如果是2號終端點，將USB寄存器組映射到2號終端點的那一組，然后將需要發送的串口數據填入FIFO寄存器（UEPDATX），置位UEPSTAX的TXRDY位，表示FIFO中的數據已經準備好，這時USB接口就會自動響應IN請求，并將FIFO中的數據發送出去，程序則可退出中斷服務程序。對于其他的終端點，其處理過程也是相似的。

軟件使用Keil C51為編譯系統，為了便于和系統的其他程序集成，采用標準字符型設備的API接口usb_getc()和usb_putc()，使程序具有很好的移植性。應用程序層函數（usb_getc()和usb_putc()）與USB中斷處理程序通過兩個先進先出FIFO循環隊列(TX和RX)來交換數據，這樣有效的起到收發緩沖的作用，防止緩沖溢出。

5 總結

　　在單片機上實現基于CDC類的USB虛擬串口很好的適應了當前計算機外設接口的發展，同時因為這樣的接口在PC操作系統中仍然映射為一個串口，所以又避免了大量的PC端調試程序和應用程序的重新編寫。