USB接口芯片SL811HS在51單片機系統中的應用

摘要：介紹了CYPRESS公司生產(chǎn)的主／從雙工作模式USB接口芯片SL811HS的性能與內部結構，給出了SL811HS芯片在單片機系統中擴展ＵＳＢ接口的硬件電路，同時(shí)給出了該系統的USB驅動(dòng)程序及實(shí)現Ｕ盤(pán)讀寫(xiě)功能的應用程序。

關(guān)鍵詞：SL811HS；USB接口；驅動(dòng)程序；Ｕ盤(pán)讀寫(xiě)

１ 引言

ＵＳＢ（通用串行總線(xiàn)）是ＩＮＴＥＬ、ＤＥＣ、ＭＩ-ＣＲＯＳＯＦＴ、ＩＢＭ等公司聯(lián)合提出的、最近幾年逐步在ＰＣ領(lǐng)域廣為應用的新型接口技術(shù)。ＵＳＢ接口通用性好、實(shí)時(shí)性強、傳輸方式多樣、成本低、支持即插即用、易于擴展且便于使用，這些優(yōu)點(diǎn)使其得到許多硬件廠(chǎng)商的青睞。目前各種類(lèi)型的ＵＳＢ產(chǎn)品已大量涌入市場(chǎng)，同時(shí)也被廣泛地用在ＰＣ機及嵌入式系統中。

ＵＳＢ的拓撲結構中居核心地位的是Ｈｏｓｔ（也稱(chēng)為主機），任何一次ＵＳＢ數據傳輸都必須由主機發(fā)起和控制，所有的ＵＳＢ外設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，扮演主機角色的大多是個(gè)人電腦ＰＣ。而我們買(mǎi)到和使用的ＵＳＢ移動(dòng)設備都是ＵＳＢ外設（ｄｅｖｉｃｅ），如ＵＳＢ的移動(dòng)硬盤(pán)、ＵＳＢ接口的數碼相機等。所有這些設備都只能在ＰＣ上或通過(guò)ＰＣ來(lái)進(jìn)行文件和數據交換。沒(méi)有了ＰＣ，這些設備就“失靈”了（指數據交換的功能）。

５１系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)高可靠性、高性?xún)r(jià)比吸引了大量國內用戶(hù)，被廣泛應用于測控和自動(dòng)化領(lǐng)域。用５１系列單片機實(shí)現ＵＳＢ主機接口，進(jìn)而實(shí)現對ＵＳＢ外設的控制，對提高整個(gè)系統的數據存儲、數據傳輸、設備控制等性能都有很大的作用。本文使用５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４和ＵＳＢ接口芯片ＳＬ８１１ＨＳ設計了一個(gè)ＵＳＢ主機接口，通過(guò)該接口可實(shí)現對ＵＳＢ外設Ｕ盤(pán)的讀寫(xiě)控制，從而實(shí)現單片機數據采集系統的海量數據存儲＊。

２?。樱蹋福保保龋拥慕Y構性能

ＳＬ８１１ＨＳ是ＣＹＰＲＥＳＳ公司生產(chǎn)的、可支持全速數據傳輸的ＵＳＢ控制芯片?該芯片采用２８腳ＰＬＣＣ和４８腳ＴＱＦＰ兩種封裝形式，且內含ＵＳＢ主／從控制器，支持全速（ｆｕｌｌ－ｓｐｅｅｄ）／低速?ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ?數據傳輸，并能自動(dòng)識別低速或全速設備。ＳＬ８１１ＨＳ所提供的接口遵從ＵＳＢ１．１標準，可與微處理器、微控制器、ＤＳＰｓ相連，也可直接與ＩＳＡ、ＰＣＭＣＩＡ及其它總線(xiàn)相連。ＳＬ８１１ＨＳ的數據接口與微處理器進(jìn)行接口可提供８位數據Ｉ／Ｏ或雙向ＤＭＡ通道，并能以從機操作方式支持ＤＭＡ數據傳輸。此外，通過(guò)中斷支持還可以輕松地與Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｉｎｔｅｌ 及其它眾多類(lèi)型的標準微處理器或微控制器相連。ＳＬ８１１ＨＳ內部有一個(gè)２５６字節的ＲＡＭ，可用做控制寄存器或數據緩沖器。ＳＬ８１１ＨＳ的內部結構框圖如圖１所示。

３ 和微控制器的硬件接口

圖２所示是５１系列微控制器Ｗ７８Ｅ５４與ＳＬ８１１ＨＳ的連接電路。在該設計硬件時(shí)，由于所選用的５１系列單片機Ｗ７８Ｅ５４及其周?chē)墓ぷ麟妷簽椋担?，而ＳＬ８１１ＨＳ的工作電壓為３．３Ｖ，所以系統應同時(shí)提供５Ｖ和３．３Ｖ電源；雖然ＳＬ８１１ＨＳ可以使用１２ＭＨｚ晶振，但在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現，如果晶振質(zhì)量不太好，電路穩定性就會(huì )比較差，因此，設計時(shí)推薦使用４８ＭＨｚ晶振；由于ＳＬ８１１ＨＳ的中斷請求輸出的是高電平，因此需要用反向器把它變換成低電平以滿(mǎn)足Ｗ７８Ｅ５４中斷輸入要求；此外，ＳＬ８１１ＨＳ是低電平復位；其ＵＳＢ插座的電源接口也應作５００ｍＡ限流處理以保護系統。

４ 軟件設計

ＵＳＢ軟件設計分為２部分，一是針對ＳＬ８１１ＨＳ芯片編寫(xiě)ＵＳＢ主機控制器驅動(dòng)程序；二是系統調用驅動(dòng)程序來(lái)完成Ｕ盤(pán)數據讀寫(xiě)的應用程序。

４．１ 主控制器驅動(dòng)程序設計

ＵＳＢ設備驅動(dòng)程序是開(kāi)發(fā)ＵＳＢ外設的關(guān)鍵，ＵＳＢ協(xié)議的復雜性導致了ＵＳＢ驅動(dòng)程序內容的多樣性。本文只介紹主機完成Ｕ盤(pán)數據讀寫(xiě)功能所需的主要模塊，包括初始化模塊、枚舉模塊、讀字節模塊、寫(xiě)字節模塊、讀緩沖區模塊、寫(xiě)緩沖區模塊等。

初始化模塊用來(lái)設置ＳＬ８１１ＨＳ的主／從機工作模式、全速或低速工作方式、內部數據緩沖區結構等；而枚舉主要是指主機監測到Ｕ盤(pán)插入時(shí)，主機和Ｕ盤(pán)之間產(chǎn)生的一個(gè)過(guò)程。當枚舉發(fā)生時(shí)，主機首先自動(dòng)發(fā)出查詢(xún)請求，Ｕ盤(pán)回應這個(gè)請求，并送出設備的Ｖｅｒｄｏｒ ＩＤ和Ｐｒｏｄｕｃｔ ＩＤ?然后由主機根據這兩個(gè)ＩＤ裝載相應的設備驅動(dòng)程序，以完成枚舉過(guò)程。通過(guò)枚舉不但可為Ｕ盤(pán)設定設備地址，而且可以得到Ｕ盤(pán)端點(diǎn)的描述表及Ｕ盤(pán)支持協(xié)議，之后就可以根據Ｕ盤(pán)所屬的子類(lèi)及協(xié)議對Ｕ盤(pán)進(jìn)行操作。

在本系統中，ＳＬ８１１ＨＳ占用的地址空間為０ｘＡ０００－０ｘＢＦＦＦ，下面的讀寫(xiě)函數中采用“自動(dòng)地址增加模式”來(lái)降低ＳＬ８１１ＨＳ讀寫(xiě)設備時(shí)占用的系統資源：

ｘｄａｔａ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＳＬ８１１_ＡＤＤＲ_ａｔ ０ｘＡ０００;

／／ＵＳＢ主機控制寄存器地址

ｘｄａｔａ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＳＬ８１１_ＤＡＴＡ _ａｔ_ ０ｘＡ００１;

／／ＵＳＢ主機數據基址

ｖｏｉｄ ｗｒ８１１(ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ａｄｄｒｅｓｓ, ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｖａｌｕｅ)

{ ＳＬ８１１_ＡＤＤＲ ＝ ａｄｄｒｅｓｓ;

ＳＬ８１１ ＤＡＴＡ ＝ ｖａｌｕｅ;} ?

ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｒｄ８１１(ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ａｄｄｒｅｓｓ)

{ ＳＬ８１１_ＡＤＤＲ ＝ ａｄｄｒｅｓｓ;

ｒｅｔｕｒｎ ＳＬ８１１_ＤＡＴＡ;}

下面是讀寫(xiě)緩沖區的代碼函數：

／／ ａｄｄｒ ＝ 緩沖區起始偏移地址

／／ ｓ ＝ 進(jìn)行緩沖區讀寫(xiě)操作時(shí)的數據指針

／／ ｃ ＝ 進(jìn)行緩沖區讀寫(xiě)操作時(shí)的數據數量

ｖｏｉｄ ＳＬ８１１ＢｕｆＲｅａｄ(ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ａｄｄｒ, ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＊ｓ, ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｃ)

{ ＳＬ８１１_ＡＤＤＲ ＝ ａｄｄｒ;

ｗｈｉｌｅ(ｃ－－)

{ ＊ｓ＋＋＝ ＳＬ８１１_ＤＡＴＡ;}

}

ｖｏｉｄ ＳＬ８１１ＢｕｆＷｒｉｔｅ(ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ａｄｄｒ, ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＊ｓ, ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｃ)

{ ＳＬ８１１ ＡＤＤＲ ＝ ａｄｄｒ;

ｗｈｉｌｅ (ｃ－－)

{ ＳＬ８１１_ＤＡＴＡ＝＊ｓ＋＋;}

}

４．２ 應用程序設計

ＵＳＢ總線(xiàn)一般包含四種基本數據傳輸類(lèi)型：控制傳輸、中斷傳輸、批傳輸以及同步傳輸，本系統使用的是控制傳輸和批@輸。@面以愛(ài)國者迷你王Ｕ盤(pán)為例，介紹在該盤(pán)上建立目錄及寫(xiě)文件的具體方法。

愛(ài)國者迷你王(６４Ｍ)屬Ｍａｓｓ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｌａｓｓ，支持Ｂｕｌｋ－ｏｎｌｙ傳輸，命令集為ＳＣＳＩ傳輸命令集。Ｂｕｌｋ－Ｏｎｌｙ傳輸時(shí)，其命令、數據及狀態(tài)均通過(guò)Ｂｕｌｋ端點(diǎn)傳送。愛(ài)國者迷你王(６４Ｍ)有三個(gè)端點(diǎn)，端點(diǎn)０為缺省控制通道，端點(diǎn)１為Ｂｕｌｋ ｏｕｔ端點(diǎn)，端點(diǎn)２為Ｂｕｌｋ ｉｎ端點(diǎn)。首先要用ｒｅａｄ(讀ｂｌｏｃｋ ０)及 ｒｅａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ 命令讀?。毡P(pán)參數，隨后即可對Ｕ盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)。

其中ｄＣＢＷＳｉｇｎａｔｕｒｅ的值為４３４２５３５５?ＬＳＢ?，表示當前發(fā)送的是一個(gè)ＣＢＷ；將ｄＣＢＷＴａｇ的內容在狀態(tài)階段原樣發(fā)送給ＨＯＳＴ可以驗證命令執行的是否正確；ｄＣＢＷＤａｔａＴｒａｎｓｆｅｒＬｅｎｇｔｈ為數據階段要傳送的字節數；ＢｍＣＢＷＦｌａｇｓ表明數據階段傳送的方向；Ｒｅ-ｓｅｒｖｅｄ是保留位，通?？梢灾昧?；ｂＣＢＷＬＵＮ用于指明該命令傳送給哪個(gè)邏輯單元；ＢＣＢＷＣＢＬｅｎｇｔｈ為后續字符串中命令字節的長(cháng)度，ＣＢＷＣＢ為真正要傳送的命令。ＣＢＷ命令發(fā)出后，Ｕ盤(pán)從ＣＢＷ中解析出ＣＢ-ＷＣＢ然后執行相應的操作，之后返回一個(gè)ＣＳＷ命令塊，表明命令執行情況。愛(ài)國者迷你王(６４Ｍ)每次至少讀取或寫(xiě)入５１２字節，因此在改寫(xiě)某些字節時(shí)，必須把整個(gè)邏輯塊一次讀出，修改后再一次性寫(xiě)入。

用Ｗ７８Ｅ５４控制ＳＬ８１１ＨＳ來(lái)讀寫(xiě)Ｕ盤(pán)的工作過(guò)程可以簡(jiǎn)單地概括為：當ＳＬ８１１ＨＳ從ＵＳＢ總線(xiàn)檢測到Ｕ盤(pán)插入后，通過(guò)中斷方式將此信息通知系統，系統通過(guò)調用枚舉模塊可以獲得與此次傳輸有關(guān)的各種參數，并根據具體的傳輸參數調用數據讀寫(xiě)模塊以對ＳＬ８１１ＨＳ的控制寄存器和數據寄存器進(jìn)行相應的操作，最終完成對Ｕ盤(pán)的讀寫(xiě)。其寫(xiě)文件流程圖見(jiàn)圖３所示。

５ 結束語(yǔ)

使用ＵＳＢ主機接口控制器ＳＬ８１１ＨＳ實(shí)現對Ｕ盤(pán)的讀寫(xiě)，可為數據采集系統大容量數據存儲提供一種通用、方便和可靠的解決方案，目前該方案已成功應用到筆者自主研發(fā)的溫室環(huán)境信息采集系統中，并經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間測試證明了它的實(shí)用性和可靠性。由于ＳＬ８１１ＨＳ同時(shí)具有從機工作模式，因此，也可將此方案經(jīng)簡(jiǎn)單修改后開(kāi)發(fā)ＵＳＢ接口從設備，從而滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的需要。