基于U盤的單片機低功耗海量存儲系統

引言
近幾年，隨著Flash Memory非易失存儲技術的發展，基于USB接口的閃存即U盤現已得到廣泛應用。從理論上講，以U盤作為便攜式采集存儲系統的存儲載體完全能夠滿足長時間采集海量數據的要求。但目前所面臨的問題是，U盤主要應用于PC機系統中。以單片機等微處理器為核心的嵌入式系統的應用中，尚缺少與U盤的直接接口技術。因此將單片機技術與U盤存儲技術兩者結合起來，利用單片機直接讀寫U盤，并通過總線方式與嵌入式系統的其它部分實現命令和數據的通信，從而實現便攜儀器或者嵌入式系統的外掛式海量存儲，具有廣闊的應用前景。而以Cypress公司的SL811HS為代表的嵌入式USB主機接口芯片為這種方案的實現提供了可能。
SL811HS介紹[1]
采用單片機直接控制讀寫U盤，牽涉到關鍵在于USB-HOST技術的實現，即單片機作為USB主機系統。USB系統包括兩部分：USB主機和USB外設，它們組合在一起就構成了完整的USB系統。USB的拓撲結構中居于核心地位的是Host（也稱為主機），任何一次USB的數據傳輸都必須由主機來發起和控制，所有的USB外設都只能和主機建立連接，任何兩個外設之間或是兩個主機之間無法直接通信。
SL811HS作為嵌入式的USB主機/設備控制器，功能模塊框圖如圖1.1所示。
SL811HS實現了USB主機結構中的第一個層次，即USB總線接口層的功能。SL811HS的主要特點如下：
可作為USB主機或者設備的接口控制器；
支持USB協議1.1，提供全速和低速2種USB總線速度方式；
片上集成了SIE、單端口根Hub、USB收發器和256字節的SRAM；
3.3V工作電壓，接口兼容5V電壓；
硬件自動產生幀起始包SOF和CRC5/16校驗。

圖1.1 SL811HS功能框圖
SL811HS與單片機的硬件接線[2][3]
單片機采用的是AT89C55WD，它通過SL811HS芯片對U盤進行讀寫，實現存儲。這部分的電路原理圖如圖1.2所示。
圖中SL811HS與CPU的連接是關鍵。SL811HS是3.3V供電的系統，而AT89C55WD是5V供電的系統，但二者的端口能夠彼此兼容對方的高低電平。因此SL811HS的數據引腳D0～D7直接與單片機的低八位地址/數據總線AD0～AD7連接，讀寫選通引腳nRD、nWR則直接與單片機的讀寫線/RD、/WR連接；對AT8955WD而言，SL811HS不過是其在片外擴展的I/O芯片之一，地址線A15與/CS_SL811（AT89C55WD的P3.3引腳）組合后充當SL811HS的片選，地址線A0與SL811HS的A0引腳相連，于是SL811HS的地址指針寄存器的地址為7FFEH（A0、/CS_SL811為低電平），SL811HS的數據寄存器的地址為7FFFH（A0為高電平，/CS_SL811為低電平）。之所以需要/CS_SL811配合，是因為AT89C55WD在外部還擴展了一片128KB的SRAM62256（省略未畫），片選線也是A15。SL811HS的M/S引腳經下拉電阻后接地，使得其工作于主機控制器模式。此外，SL811HS的中斷請求信號為高電平有效，故反向后連接到AT89C55WD的外部中斷引腳/INT0。本系統沒有采用SL811HS內部的鎖相環，直接使用外部的48MHz有源晶振作為時鐘源，更準確。
存儲模塊是主機系統，其PCB板上安裝有A型插座，用于為下層的設備提供連接點。因為連接的外設是功耗量極低的USB盤，下行端口的電源VCC直接連到了檢測系統的電源上。

基于U盤的海量存儲板中單片機固件程序編寫