USB主控芯片SL811HS的固件程序設計

摘   要：本文以Cypress公司的USB主控芯片SL811HS為例，介紹了其固件程序的設計方法。
關(guān)鍵詞：USB；固件程序；事務(wù)；端點(diǎn)；DSP

前言
隨著(zhù)需求的發(fā)展，許多電子產(chǎn)品尤其是各種嵌入式設備，需要提供USB主控接口來(lái)連接如移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)等USB設備以滿(mǎn)足應用要求。本文對Cypress公司的USB主控芯片SL811HS作了詳細介紹，并給出其固件程序的設計方法。

SL811HS芯片介紹
SL811HS是一款遵從USB1.1協(xié)議的嵌入式USB Host/Slave芯片。該芯片既能和USB低速設備進(jìn)行通信，也能和USB高速設備進(jìn)行通信。由于提供了8bit寬數據總線(xiàn)及中斷支持，使得該芯片能方便地與微處理器、微控制器以及DSP進(jìn)行連接。
SL811HS能工作在Host/Slave兩種模式。在Host模式下，SL811HS為USB主控制器，在Slave模式下，SL811HS為一個(gè)USB設備。該芯片的特點(diǎn)主要有：能通過(guò)硬件設置或軟件設置的方法使該芯片工作在Host或Slave模式；自動(dòng)探測所接設備是低速設備還是高速設備；8bit雙向數據總線(xiàn)；片上SIE、USB收發(fā)器；自動(dòng)產(chǎn)生SOF令牌包，以及自動(dòng)生成令牌包、數據包中所需要的CRC5/CRC16數據；內部256byte RAM，支持乒乓操作；支持SUSPEND/RESUME、WAKE UP、LOW-POWER模式。

SL811HS固件程序設計
SL811HS對一個(gè)接入的USB設備的啟動(dòng)過(guò)程為：
(1) SL811HS檢測到有外部USB設備接入；
(2) 對這個(gè)USB設備進(jìn)行Reset操作，檢測該USB設備是高速設備還是低速設備，并設置好SL811HS中對應的寄存器位；
(3) 通過(guò)0號端點(diǎn)讀取該USB設備的描述符信息如廠(chǎng)商ID、產(chǎn)品ID、設備類(lèi)、設備子類(lèi)、設備協(xié)議，選取對應的子程序；
(4) SL811HS固件驅動(dòng)程序對該USB設備進(jìn)行初始化：讀取該USB設備的設備描述符，為該設備指定地址，讀取該設備的配置描述符信息、接口描述符信息、端點(diǎn)描述符信息，為該USB設備設置選擇配置描述符；
(5) 對該USB設備的初始化完成后，按照應用要求與該設備進(jìn)行通信。
以圖1所示的電路圖為例，說(shuō)明TMS320C6211DSP與SL811HS的電路連接關(guān)系以及一個(gè)簡(jiǎn)化的固件程序(DSP程序)的設計。
該系統USB固件程序主要由幾個(gè)部分組成：對SL811HS進(jìn)行設置的初始化程序，這部分程序在系統復位后就立即執行；發(fā)現USB設備接入的子程序，并判斷該設備是高速設備還是低速設備；對該USB設備進(jìn)行Enumerate即初始化操作，并指定其USB地址的子程序；用于其他數據通信的子程序，利用該部分程序完成指定的應用要求。(本文有刪節，詳見(jiàn)本刊網(wǎng)站：www.eaw.com.cn)
初始化部分需要根據SL811HS數據手冊的要求對各個(gè)控制寄存器進(jìn)行設置。把SL811HS控制寄存器2(地址0x0F)設置為0xAE，以使能SL811HS的全部功能；把控制寄存器1(地址0x05)設置為0；把SOF Count Low寄存器(地址0x0E)設置為0xE0，讓SL811HS每1ms自動(dòng)產(chǎn)生SOF。此外還要對SL811HS中斷使能寄存器進(jìn)行設置，以使能設備插入/移去中斷。
在對SL811HS的初始化完成以后，TMS320C6211 DSP上的固件程序進(jìn)入等待設備插入的階段。當SL811HS以中斷方式通知DSP現在有設備接入時(shí)，固件程序進(jìn)入發(fā)現USB設備接入子程序。
需要注意的是，USB設備接入后應首先對其進(jìn)行復位操作，且復位時(shí)間不少于10ms，否則USB設備將不能啟動(dòng)。
USB設備在正常使用前，還需要由固件程序對它進(jìn)行配置，即對USB設備進(jìn)行初始化。該部分涉及資源的分配、選擇合適的驅動(dòng)程序、設置USB地址等。這些功能的完成都需要控制傳輸?？刂苽鬏數膶?shí)現是固件程序中一個(gè)比較復雜的部分。其實(shí)現函數為：
int ControlXfer(unsigned char DeviceAddr；//需要進(jìn)行控制傳輸USB設備的地址；
unsigned char Payload；    file://USB數據包的最大尺寸；
Setup * setup；    file://待傳輸的SETUP令牌結構體；
unsigned char *Buf；  file://接收或發(fā)送數據緩沖區；)
{  short int  wLen=setup->wLength；  file://取出該控制傳輸需要在數據階段傳輸的數據量的大??；
if  (SetupXfer(DeviceAddr, Payload, 8, (unsigned char *)setup)= =false)
// 傳輸SETUP事務(wù)，向USB設備指明控制傳輸第二階段數據傳輸的方向與數量以及命令的類(lèi)型；
       return false；
if (wLen)    file://需要數據階段傳送需要的數據
{
if  (setup->bmRequest Type&0x80) file://區分數據階段的傳輸方向；
{   if (InXfer(DeviceAddr,0, Payload,wLen,Buf)==false)
file://調用InXfer()函數完成對IN事務(wù)的傳輸；
       return false；}
else
{   if  (OutXfer (DeviceAddr, 0, Payload, wLen, Buf)==f alse)
// 調用OutXfer()函數完成對OUT事務(wù)的傳輸；
       return  false； }
}
if  (setup->bmRequestType &0x80)  file://控制傳輸的狀態(tài)階段；
{  if (OutXfer(DeviceAddr,0, Payload,0,Null)==false)
        return false；}
else
{ if (InXfer(DeviceAddr,0, Payload,0, Null)==false)
        return false；} 
 return true；
}  
有了完成控制傳輸的函數，就可以完成對USB設備的Enumerate即初始化，其流程如圖2所示。
為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，圖2的流程說(shuō)明了USB設備只有一個(gè)配置描述符的流程。
在編碼SL811HS固件程序時(shí)，還需要注意：根據應用需要，如果要支持USB HUB類(lèi)型的設備接入時(shí)，需要對前面的程序作適當的調整和考慮，尤其注意在跨過(guò)HUB與一個(gè)低速USB設備通信時(shí)要先發(fā)一個(gè)前導包。如果支持多個(gè)USB設備的接入，通過(guò)對SL811HS內部SOF Count Low寄存器和SOF Count High寄存器的分析，來(lái)確定能否滿(mǎn)足當前接入設備的帶寬要求。每次事務(wù)傳輸完成，都應該讀取SL811HS內部USB Status寄存器的值，以確定該次事務(wù)傳輸是否成功、是否超時(shí)等異常情況的發(fā)生，以保證程序的穩健性。

結語(yǔ)
在測試中，普通U盤(pán)接入系統的USB接口，該系統能自動(dòng)識別出該USB設備并能按USB Mass Storage Class協(xié)議格式讀出、寫(xiě)入該U盤(pán)上各個(gè)扇區的數據?；谏鲜龅膶?shí)現方案可以廣泛應用于各種便攜式、嵌入式數據采集系統中。采集到的數據可以直接放到U盤(pán)等存儲器中，用戶(hù)只需定期更換存儲器即可，而且插入取出存儲器也比較方便，充分發(fā)揮了USB接口靈活方便的特點(diǎn)?！?/P>

參考文獻
1． Don Anderson. USB系統體系. 中國電力出版社，2001
2． Universal Serial Bus Specification Revision 1.1, 1998.9