我學(xué)習USB設計的歷程
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當時(shí)USB技術(shù)剛剛興起，USB器件在電子市場(chǎng)上還是很少見(jiàn)，在網(wǎng)上逛了很多天，最后決定用Philips公司的PDIUSBD12作為USB控制器，主要原因是Philips提供的技術(shù)文檔比較詳細?？戳薖hilips公司的相關(guān)資料，似乎硬件電路并不難，于是自己畫(huà)了原理圖，檢查了N遍，應該沒(méi)問(wèn)題了，然后制PCB，初步硬件調試，一切都很順利。接下來(lái)就是考慮軟件怎么寫(xiě)。一提到軟件，這下頭大了?？戳藥滋霵DIUSBD12的數據手冊，天啊，這么多稀奇古怪的寄存器都是些什么呀，見(jiàn)鬼?？磥?lái)不了解USB的協(xié)議根本就無(wú)法去對PDIUSBD12進(jìn)行程序設計。于是只好去翻USB1.1規范，那可是200多頁(yè)的英文哪，又不是74系列的手冊那樣幾個(gè)參數一看就OK了，好在我的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)還不算太差，硬著(zhù)頭皮看吧。當時(shí)看了近一個(gè)月，簡(jiǎn)直象進(jìn)了迷宮一樣，根本搞不清東西南北。當時(shí)書(shū)店關(guān)于USB的書(shū)只有一本國防科大的USB總線(xiàn)接口開(kāi)發(fā)指南，買(mǎi)回來(lái)回來(lái)仔細一看，天，簡(jiǎn)直是英文USB1.1規范的中文簡(jiǎn)化版，有些英文的術(shù)語(yǔ)一翻譯過(guò)來(lái)怎么著(zhù)看都不舒服，而且省略了很多部分，一樣看的不得其門(mén)而入，于是扔掉了書(shū)（冤枉國防科大的這本書(shū)了，后來(lái)講USB的書(shū)滿(mǎn)天飛，我都翻過(guò)，不敢說(shuō)它們都是垃圾，但是我認為國大的書(shū)的編者言語(yǔ)之間對USB確實(shí)還是了解很深的，其他大多數書(shū)的編者/譯者，有的竟然能把pullup resistor of collector翻譯成“向上電阻收集器”，嘿嘿，我就不多說(shuō)了），繼續研究E文。當時(shí)另外一個(gè)朋友在我的極力鼓吹下也跟我一起沒(méi)日沒(méi)夜熱情高漲地研究了很多天，可惜后來(lái)沒(méi)有修成正果：）。當時(shí)身邊雖然博士教授們一大堆，可是沒(méi)有人研究過(guò)USB，只好裝上獵狗的鼻子，去網(wǎng)上四處搜索，倒是有一些線(xiàn)索，可是沒(méi)有很有用的。
這時(shí)一個(gè)網(wǎng)友給了我一份傳說(shuō)是Philips的C51固件代碼，我大喜過(guò)望，興沖沖編譯一下，天，無(wú)數的Error。硬著(zhù)頭皮去改，發(fā)現源文件殘缺不全，注釋也非常的少，一點(diǎn)點(diǎn)地自己摸索著(zhù)把代碼補上來(lái)，這期間我把代碼和USB規范結合著(zhù)看，模模糊糊有些明白了，就這樣磕磕絆絆地又搞了一個(gè)月，熬了無(wú)數通宵，程序終于編譯通過(guò)了。當我顫抖著(zhù)手把我的板插上USB電纜的時(shí)候，奇跡竟然出現了，硬盤(pán)一陣狂響之后，Windows赫然蹦出一個(gè)發(fā)現新硬件的對話(huà)筐。My God！我成功了也??！歡喜還沒(méi)過(guò)去，裝上Philips的驅動(dòng)程序，想看看我的板上的開(kāi)關(guān)呀、燈呀的動(dòng)一動(dòng)，這才發(fā)現我的硬件和Philips的不完全一樣，所以和Philips的應用程序不能完全兼容，雖然驅動(dòng)裝上了，板子上的燈啊、開(kāi)關(guān)呀卻無(wú)法控制?？磥?lái)得改改程序了。
這一改程序才知道自己現在對USB協(xié)議不過(guò)僅僅是略懂了一些皮毛，當按照自己的理解去做了修改以后，PC根本就不能正確識別出我的設備。然后我明白，沒(méi)有真正理解USB協(xié)議，就不會(huì )真正地寫(xiě)出自己的程序，更談不上開(kāi)發(fā)USB接口產(chǎn)品。好在這一段時(shí)間的摸索得到了一些經(jīng)驗，對USB也有了一些基本正確的認識，精神上受到了一些鼓舞，于是我繼續研究USB E文規范。一個(gè)月過(guò)去了，又一個(gè)月過(guò)去了，我感覺(jué)雖然理解了很多了，但是有些關(guān)鍵的地方仍然沒(méi)有真正透徹理解，似乎只差薄薄的一層半透明的紙了，只要稍稍有人點(diǎn)撥一下就能頓悟了，可惜仙人沒(méi)有出現，因此我的程序始終存在問(wèn)題，此時(shí)我真的有些絕望了，USB開(kāi)發(fā)暫時(shí)擱置。
不久我到一家公司從事USB方面的工作，接觸到了一種SOC的USB程序設計。生存的壓力使我不得不努力去克服對USB通訊的心理恐懼，仔細研讀USB協(xié)議，此時(shí)USB的相關(guān)資料也漸漸豐富了，并且現在手邊有了邏輯分析儀、高檔示波器等設備，我甚至用邏輯分析儀仔細捕捉過(guò)USB通訊的協(xié)議實(shí)現的物理過(guò)程，也用Verilog HDL寫(xiě)過(guò)USB host的行為仿真模型提供給FPGA系統模擬。兩個(gè)月以后，我終于對USB的理解有了質(zhì)的飛躍，對USB傳輸數據流過(guò)程已經(jīng)很熟悉，對那片SOC，我可以?xún)H用不到600字節的代碼使PC發(fā)現新硬件。
后來(lái)我撿起從前的那塊PDIUSBD12 USB板，按照自己對USB的理解完全重新做了程序設計，這次非常順利，完成PC主機對USB設備的枚舉過(guò)程已經(jīng)是輕松的事情了。但是要完全完成一個(gè)USB設備的設計，這只是走過(guò)了第一個(gè)階段，下一個(gè)艱苦的過(guò)程則是驅動(dòng)程序的設計，沒(méi)有驅動(dòng)程序，用PC軟件控制USB設備根本就是天方夜談。最初我用Windriver做了硬件診斷，一切都OK之后，可以選擇用Windriver生成一個(gè)驅動(dòng)程序和測試臺應用程序，但是Windriver的驅動(dòng)程序安裝方法讓我覺(jué)得很別扭，我認為一個(gè)可以商用級的USB設備不應該采用這種方法。另外，Windriver502版本似乎和Xilinx的ISE6.1軟件沖突，ISE安裝過(guò)程經(jīng)常藍屏，而且這個(gè)版本的Windriver在Win2K SP3以上系統中安裝必定會(huì )導致系統黑屏。另外有一個(gè)近于專(zhuān)業(yè)級的驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具DriverStudio，我看過(guò)一段時(shí)間，感覺(jué)它外表和Windows DDK完全不同，但是實(shí)際上它并沒(méi)有把DDK做過(guò)于嚴實(shí)的封裝，處處可以看到DDK的影子，掌握DriverStudio其實(shí)也同樣需要對DDK有較多的理解。我選擇了Windows DDK作為驅動(dòng)設計工具，雖然我還沒(méi)有計劃做一個(gè)專(zhuān)業(yè)級的驅動(dòng)程序設計者，但是在這方面多做一些深入的理解決沒(méi)有壞處。DDK有很多驅動(dòng)程序的例子，其中有一個(gè)bulkusb的例子，仔細看過(guò)之后，其實(shí)把它修改一下就可以變成自己設備的驅動(dòng)，這也正是Microsoft推薦驅動(dòng)設計者開(kāi)發(fā)設備驅動(dòng)程序的方法。DDK確實(shí)過(guò)于博大精深，我想，能夠達到自己的設備驅動(dòng)可以正常工作這個(gè)目的就可以了，沒(méi)有必要搞清楚驅動(dòng)程序設計中的每一個(gè)細節。當時(shí)我也曾經(jīng)花了很大的力氣才終于達到這個(gè)目的，其中的艱難到讀者自己去經(jīng)歷的時(shí)候就能夠體會(huì )了(你可能會(huì )把Microsoft號稱(chēng)非常穩定的Win2K整的死去活來(lái)：）)。好，現在是最后一個(gè)階段了：設計應用程序。這個(gè)應該是整個(gè)設計中最輕松的階段了，通過(guò)驅動(dòng)程序控制硬件設備，VC++是很好的工具，當然這個(gè)并不是每個(gè)人都必然的選擇。當寫(xiě)完最后一句代碼，運行程序，看到設備在鼠標鍵盤(pán)點(diǎn)動(dòng)之間隨心所欲受你的控制的時(shí)候，那種令人飄然的成就感真的是難以形容。
現在，帶USB接口的器件很多了，而且有很多已經(jīng)是USB2.0 High speed設備了。我有幸見(jiàn)識了許多USB器件的應用，感覺(jué)不論是USB full speed還是High speed，也不管這個(gè)器件到底只是一個(gè)USB控制器還是復雜的SOC，USB通訊部分其實(shí)大家都是大同小異的?，F在USB OTG技術(shù)經(jīng)過(guò)幾年有些沉默的發(fā)展之后終于柳暗花明，開(kāi)發(fā)USB OTG設備應該是USB通訊技術(shù)下一階段的熱點(diǎn)。其間還曾出現了一類(lèi)USB Host器件，算是彌補USB1.1和USB OTG之間暫時(shí)的空白吧。
也許我悟性太差，學(xué)習USB的歷程真的是非常艱難，還有許多朋友也許會(huì )有和我一樣的痛苦，我把自己的USB學(xué)習經(jīng)歷寫(xiě)出來(lái)，希望能夠給后來(lái)者一些有益的啟示，同時(shí)也希望能夠給大家一些鼓舞:再大的困難，只要肯努力，也是能夠克服的；USB通訊完全不同RS232，要能夠硬著(zhù)頭皮看E文，要有懂USB的朋友指點(diǎn)，要有很好的參考代碼，要自己肯動(dòng)腦筋去思考，要有強烈的興趣和恒心，這樣的話(huà)，即使時(shí)間稍長(cháng)一點(diǎn)，最終你也是能掌握USB的。
我不希望我的經(jīng)歷讓想學(xué)習USB的朋友感到恐怖，在你學(xué)習USB之前，先要給自己定一個(gè)將要達到的標準：如果你希望自己能夠完全掌握USB通訊技術(shù)，達到能夠設計USB physical和SIE部分的水平，那麼這就是USB硬件設計的至高境界了，不過(guò)只有IC設計公司集中若干人力花費若干年時(shí)間投入若干經(jīng)費才能夠做得了的。如果你想掌握硬固件編程、驅動(dòng)程序設計，那么你需要準備吃點(diǎn)苦；如果你不需要關(guān)心USB通訊的具體過(guò)程，只是固件應用中和底層簡(jiǎn)單的進(jìn)行數據交換，或者是PC應用程序設計，呵呵，恭喜了，你會(huì )發(fā)現USB通訊其實(shí)很簡(jiǎn)單。
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