一種嵌入式USB MiniHost系統設計與實(shí)現

摘要：設計并實(shí)現了一個(gè)嵌入式USB主機系統的硬件和軟件，用于解決USB設備不能脫離PC主機的問(wèn)題。并在設計的硬件和軟件基礎上利用嵌入式C語(yǔ)言編制了具有USB Host功能通用固件庫。并利用這個(gè)固件庫實(shí)現一個(gè)具有并口到USB接口的打印轉換器。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統；通用串行總線(xiàn)(USB)；USB主機；USB設備

在USB的拓撲機構中居于核心地位的是主機(Host)，任何一次USB的數據傳輸都必須由主機來(lái)發(fā)起和控制，所有USB設備都只能和主機建立連接，任何兩個(gè)外設之間或是兩個(gè)主機之間無(wú)法直接通信。而目前，大量扮演主機角色的是個(gè)人電腦PC。目前所買(mǎi)到和使用的USB設備基本都是只具備USB設備的功能而不具備主機功能，比如USB接口的移動(dòng)硬盤(pán)、數碼相機、打印機等。所有這些設備都只能在USB Host上使用，也就是通常只能通過(guò)PC來(lái)進(jìn)行相互的文件和數據交換。沒(méi)有了PC主機，這些設備是不能互聯(lián)的。

1 USB系統模型和拓撲結構
最簡(jiǎn)單的USB系統模型組成是以USB主機為核心，以外圍的USB設備為特定功能的設備模塊。即USB提供的是主機和設備中間的一種數據通信服務(wù)。此外，為了構建更復雜的USB系統，還需要加上USB集線(xiàn)器(Hub)。
USB主機包括PC或嵌入式系統兩種類(lèi)型，每一次USB數據通信都必須是由USB主機來(lái)發(fā)起的(遠程喚醒模式除外)，主機管理著(zhù)每個(gè)USB設備。即使新興的USB On-The-Go設備，其核心部分仍然是嵌入了USB主機的功能。本方案主要是基于嵌入式USB主機的USB系統模型。
USB的拓撲體系由3種元素組成：主機、Hub和設備，通過(guò)Hub的級聯(lián)，構成了層次化的星形結構。USB的拓撲結構如圖1所示。

2 硬件設計
2．1 電源電路
電源電路的組成如下：
系統采用雙電壓給電方式；觸發(fā)器采用3．3 V給電；1284收發(fā)器采用5 V和3．3 V的雙電壓給電方式。在交流適配器中將干擾過(guò)濾后，提供5 V直流電壓。3．3 V直流電壓由固定輸出電源模塊來(lái)提供。電源系統結構如圖2所示。

2．2 USB接口電路
為了給USB總線(xiàn)安全的提供電源，采用電源管理芯片，利用MCU來(lái)管理USB總線(xiàn)的電源。系統reset時(shí)，為了使與其連接的USB設備不進(jìn)行誤操作，關(guān)閉USB電源；總線(xiàn)電路異常而導致過(guò)流(over current)時(shí)，系統自動(dòng)關(guān)閉電源并通知MCU。并且還采用壓敏電阻(vatistor)來(lái)防止靜電(ESD)；采用共模軛流線(xiàn)圈(Common Mode Choke Coil)來(lái)減少對總線(xiàn)差模數據的干擾。USB Host接口部分的電路如圖3所示。