基于單片機的USB主控器驅動設計
加入技術交流群
在現代社會，嵌入式系統逐漸深入到人們生活的方方面面，各類嵌入式系統產品之間往往通過某種接口進行交互或數據傳遞。而現在，USB已經成為嵌入式數據交換的最主要的方式，可是各種USB接口的設備都是基于PC機系統的，所以，基于嵌入式系統的USB接口的研究具有實用的價值和意義，特別是起Master作用的HOST端接口的研究。
解決這一問題的根本辦法就是在需要使用USB設備的嵌入式系統中擴展USB Host功能模塊，使之具有與USB設備進行數據傳輸的能力。
USB協議按功能分為2部分，USB HOST（USB主協議）和USB SLAVE（USB從協議）分別應用于USB HOST CONTROLLER（USB主控制器）和USB DEVICE（USB設備）。一般，USB HOST要比USB SLAVE復雜，對于廣大的非PC用戶來說，尤其是嵌入式系統用戶來說，由于USB協議的不對稱性，使得實現USB HOST比USB SLAVE要困難地多，Philips公司的ISP1161A1芯片很好地解決了這種問題，他封裝了復雜的USB協議，使得在嵌入式系統中實現USB HOST和USB SLAVE變得簡單方便。
2 USB HOST技術簡介
USB的通信可以用圖1表示，圖1中，左半部分為USB主機端，可以看出，USB主機端由2部分構成，即軟件體和硬件體，實際上是3個軟件組件組成了USB HOST解決方案，即USB客戶驅動程序，USB驅動程序和USB主機控制器驅動程序，應用程序的事務處理是由USB客戶驅動程序（設備驅動程序）啟動的，客戶驅動程序把USB設備當做一個可以被訪問的端點集合，他可以被控制并與他的功能單元進行通信，USB系統軟件包括USB驅動程序和USB主控制器驅動程序，USB驅動程序負責配置管理、用戶管理、總線管理和數據傳輸，USB主控制器驅動程序負責調度管理，隊列管理和控制器管理，以及數據的位編碼、封包、循環校驗、發送、錯誤處理等。
如圖2所示，USB HOST的軟件結構分為3大部分，即USB總線驅動（USBD），USB HOST控制器驅動（HCD）、客戶軟件、其中客戶軟件處理和設備有關的信息，USBD處理和硬件無關的協議，而HCD則處理與硬件相關的協議，USBD和HCD都包含了一系列管理各種狀態的寄存器。
3 SP1161體系結構
要實現USB協議，必須要通過一系列寄存器來完成，這些寄存器要能實現USB軟件結構中的USBD和HCD，即要完成USB協議狀態的控制，還要有一定的緩沖區來存放進出的數據，ISP1161專門針對USB協議設計的特殊硬件結構可方便地實現USB HOST和USB SLAVE。ISP1161的硬件結構主要是3類不同的寄存器，用戶通過操作這3種寄存器來達到實現USB傳輸的目的，這3類寄存器是：
（1）HC control and status registers：USB主控制器控制和狀態寄存器，主要用于傳輸過程中控制命令的存放和狀態的讀取，可讀可寫的寄存器有2個地址，只讀或只寫的寄存器只有1個地址。
（2）Isochronous Transfer List （ITL）：同步傳輸列表緩沖區。
（3）Acknowledged Transfer List（ATL）：接收傳輸列表緩沖區。
根據USB協議，數據傳輸分為4種模式，Control（控制），Bulk（整批），Interrupt（中斷）和Isochronous（同步）。其中ITL是為了實現同步傳輸，ATL則實現其他3種模式的傳輸。
4 ISP1161x主控制器編程實現
設計ISP1161x主控制驅動程序主要涉及以下2個重要內容，下面詳細介紹：
4.1 讀/寫ATL和ITL緩沖區
ATL和ITL緩沖區的位于ISP1161x內部的FIFO緩沖RAM之中，每個緩沖區包含許多PTD（Philips Transfer Descriptor），而PTD用于主控制器硬件發送或接收USB包從USB設備，作為調度USB傳輸的一部分，HCD在系統內存中購建PTD。然后HCD將購建好的PTD移入ATL或者ITL緩沖區，主控制器硬件允許軟件去訪問每一個緩沖區，就像他們是分離的硬件緩沖區，HCD訪問ATL緩沖區通過硬件寄存器HcTransferCounter（22H/A2H）和HcATLBufferPort（41H/C1H），而ITL緩沖區則由HcTransferCounter和HcITLBufferPort（40H/C0H）訪問。下面一段示例代碼取自于本項目，其功能是向ATL緩沖區寫數據，hci→hp→atl_len表示，ATL則在內存中還沒有發送的數據的長度，hci→hp→tl表示緩沖區的地址。
評論