嵌入式系統的USB虛擬串口設計

4 基于A(yíng)T89C5131的CDC類(lèi)的實(shí)現

　　AT89C5131與USB接口的硬件連接很簡(jiǎn)單，選用一個(gè)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(gè)1.5 kΩ的上拉電阻連接，因為按照USB規范，USB主設備是通過(guò)從設備在插入時(shí)D+和D-上的絕對電平來(lái)確定從設備是一個(gè)全速設備還是一個(gè)低速設備的，而AT89C5131是一個(gè)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(shí)現。首先來(lái)看一下終端點(diǎn)的分配，按照CDC類(lèi)抽象控制模型對終端點(diǎn)的需求，將單片機0號終端點(diǎn)和1號終端點(diǎn)分配給通信接口子類(lèi)，分別作為控制終端點(diǎn)（完成枚舉和串口參數設置）和中斷終端點(diǎn)，而將2號和3號終端點(diǎn)分配給數據接口子類(lèi)，分別作為IN和OUT終端點(diǎn)，虛擬串口的數據主要從這兩終端點(diǎn)來(lái)進(jìn)行傳送。

　　由于各個(gè)終端點(diǎn)的行為相對獨立，對于每個(gè)終端點(diǎn)的控制過(guò)程又有相似性，在這里以2號終端點(diǎn)即作為數據接口的IN終端點(diǎn)為例，說(shuō)明軟件是如何對終端點(diǎn)進(jìn)行操作和控制的，其控制流程圖如圖4所示。2號終端點(diǎn)是一個(gè)IN的終端點(diǎn)，它的主要工作是模擬物理串口的TXD線(xiàn)，向主設備發(fā)送數據。當主設備發(fā)出IN的請求時(shí)，如果FIFO不空，就向主設備發(fā)送FIFO的內容；如果FIFO為空，則向主設備發(fā)送一個(gè)空包作為回應。AT89C5131在收到IN的請求時(shí)，會(huì )觸發(fā)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(fā)源是哪個(gè)終端點(diǎn)，如果是2號終端點(diǎn)，將USB寄存器組映射到2號終端點(diǎn)的那一組，然后將需要發(fā)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(jīng)準備好，這時(shí)USB接口就會(huì )自動(dòng)響應IN請求，并將FIFO中的數據發(fā)送出去，程序則可退出中斷服務(wù)程序。對于其他的終端點(diǎn)，其處理過(guò)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(guò)兩個(gè)先進(jìn)先出FIFO循環(huán)隊列(TX和RX)來(lái)交換數據，這樣有效的起到收發(fā)緩沖的作用，防止緩沖溢出。

5 總結

　　在單片機上實(shí)現基于CDC類(lèi)的USB虛擬串口很好的適應了當前計算機外設接口的發(fā)展，同時(shí)因為這樣的接口在PC操作系統中仍然映射為一個(gè)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(xiě)。