USB主机在嵌入式系统中的应用
摘要
嵌入式USB主机技术作为一项USB领域新的发展技术,最近两年,得到越来越多的关注,目前,USB主机的角色大多数情况下都是由PC机担当,随着USB设备数量的不断扩大以及USB设备形式的不断丰富,人们希望能在嵌入式系统中实现USB数据传输。同时,在工业控制领域中,嵌入式单片机系统广泛存在,其中大部分还是通过串口RS-232进行数据通信。
在上述背景下,本文研究在嵌入式单片机系统中,如何实现串口设备与U盘之间进行文件传输的通信过程,在硬件设计上,考虑以简单的系统实现复杂的USB数据传输为切入点,选用CH375作为USB主机接口芯片,8位单片机SST89E58作为控制CPU,加上扩展模块构成了简单的硬件系统。
本文主要从软件上剖析了本系统功能的实现:认真研究了USB协议,对USB体系结构、数据通信模型、USB协议栈设备框架、USB标准描述符等进行了深入分析。仔细研究了主控制器驱动程序,建立了CH375与单片机之间的底层通信机制。基于MassStorage类协议UFI子类指令集,实现了Bulk-Only单批量数据传输。创建简单的FAT文件系统,解决了U盘与RS-232串口设备间双向文件数据传输的问题。本文还详细说明了WDM型USB设备驱动程序开发过程,并开发了本系统PC端的通信界面,以便于系统的调试与功能测试环节。
As a new technolody in USB field, embedded USB host technolody has been taken more and more notice recent two years. Currently,USB host is PC at most situations. As the quantity of USB equipments becomes large and the style of USB equipment becomes abundant, the users hope that the realization of USB data transmission in embedded system. Based on this, embedded MCU system has widely existed in industrial dominating field. Among them, most are using serial port RS-232 to transmit data.
Based on above-mentioned information, the thesis is researching on the realization of document transmission between serial port equipment and U disk in embedded single chip system, In the design of hardware, considering applies simple system to realize complicated USB data transmission, choosing CH375 as USB host interface chip, 8-bit SST89E58 MCU as controlling CPU and extended module to form the single hardware system.
This thesis mainly analyzes the realization of the system function from the software side, including the analysis of USB protocol, USB system structure, data communications model and etc. It also anatomizes host controller driver program and constructs the basic communication mechanism between CH375 and MCU. Based on UFI instruction Mass Storage Agreement, it realizes bulk-only data transmission. The creation of simple FAT file system solves the bidirectional data and document transmission between U disk and RS-232 serial port equipment. The thesis also elaborates on the exploring progress of WDM USB driver program and PC communication interface of this system.
在上述背景下,本文研究在嵌入式单片机系统中,如何实现串口设备与U盘之间进行文件传输的通信过程,在硬件设计上,考虑以简单的系统实现复杂的USB数据传输为切入点,选用CH375作为USB主机接口芯片,8位单片机SST89E58作为控制CPU,加上扩展模块构成了简单的硬件系统。
本文主要从软件上剖析了本系统功能的实现:认真研究了USB协议,对USB体系结构、数据通信模型、USB协议栈设备框架、USB标准描述符等进行了深入分析。仔细研究了主控制器驱动程序,建立了CH375与单片机之间的底层通信机制。基于MassStorage类协议UFI子类指令集,实现了Bulk-Only单批量数据传输。创建简单的FAT文件系统,解决了U盘与RS-232串口设备间双向文件数据传输的问题。本文还详细说明了WDM型USB设备驱动程序开发过程,并开发了本系统PC端的通信界面,以便于系统的调试与功能测试环节。
As a new technolody in USB field, embedded USB host technolody has been taken more and more notice recent two years. Currently,USB host is PC at most situations. As the quantity of USB equipments becomes large and the style of USB equipment becomes abundant, the users hope that the realization of USB data transmission in embedded system. Based on this, embedded MCU system has widely existed in industrial dominating field. Among them, most are using serial port RS-232 to transmit data.
Based on above-mentioned information, the thesis is researching on the realization of document transmission between serial port equipment and U disk in embedded single chip system, In the design of hardware, considering applies simple system to realize complicated USB data transmission, choosing CH375 as USB host interface chip, 8-bit SST89E58 MCU as controlling CPU and extended module to form the single hardware system.
This thesis mainly analyzes the realization of the system function from the software side, including the analysis of USB protocol, USB system structure, data communications model and etc. It also anatomizes host controller driver program and constructs the basic communication mechanism between CH375 and MCU. Based on UFI instruction Mass Storage Agreement, it realizes bulk-only data transmission. The creation of simple FAT file system solves the bidirectional data and document transmission between U disk and RS-232 serial port equipment. The thesis also elaborates on the exploring progress of WDM USB driver program and PC communication interface of this system.
引文
[1]李肇庆,韩涛.串行端口技术.第一版.北京:国防工业出版社,2004:292-293
[2]杨晶晶,江春华.USB HID设备驱动程序设计.微计算机信息,2006,22(6):140-142
[3]萧世文.USB2.0硬件设计.第一版.北京:清华大学出版社,2003:5-10
[4]李会,邬迪.嵌入式系统在工业控制中的应用.嵌入式系统应用,2007,23:47-49
[5]李群芳,肖看.单片机原理、接口及应用.第一版.北京:清华大学出版社,2005:105
[6]李群芳,张士军,黄建.单片微型计算机与接口技术.第二版.北京:电子工业出版社,2005:131
[7]肖踞雄,翁铁成,宋中庆.USB技术及应用设计.第一版.北京:清华大学出版社,2003:2-4
[8]陈逸.USB大全.第一版.北京:中国电力出版社,2001:36
[9]邵贝贝,马伟.开发“嵌入式USB主机”扩展移动数据存储和交换的应用领域.今日电子,2003,(2):33-35
[10]谦君.USB主控制器固件技术探微.电子与电脑,2005(11):108-113
[11]宋鹏.嵌入式系统中USB接口技术应用研究与开发.扬州:扬州大学,2005
[12]陈启美,缪俊,丁传锁,陈锁柱.USB机械特性.电力自动化设备,2001,21(8):73-75
[13]陈启美,周五军,丁传锁,陈锁柱.USB电气特性.电力自动化设备,2001,21(9):68-71
[14]Lucio Di Jasio.Embedded USB provides path to appliance capabilities。Appliance Design,2005,(8):20-27
[15]陈启美,张静,丁传锁,陈锁柱.USB数据模型.电力自动化设备,2001,(3):55-60
[16]Mark Schultz.USB embedded host controller:for removable mass storage devices.Elektor Electronics,2004,(30):58-63
[17]张念淮.USB总线接口开发指南.第一版.北京:国防工业出版社,2001:28-202
[18]陈源,裘正定.基于嵌入式系统的USB接口的设计.计算机工程与应用,2004,(7):110-111
[19]肖踞雄.USB系统结构与应用设计.单片机与嵌入式系统,2001,(11):49-52
[20]杨章顺,冉立新.低成本USB协议转换器的设计与实现.计算机工程,2004,30(18):182-183
[21]陈青松.通用串行总线数据传输.计算机工程与设计,2006,27(11):2077-2079
[22]廖济林.USB 2.0应用系统开发.第一版.北京:电子工业出版社,2006:17-25
[23]张弘.USB接口设计.第一版.西安:西安电子科技大学出版社,2002:62-67
[24]许永和.USB外围设备设计与应用.第一版.北京:中国电力出版社,2002:30-32
[25]Microchip Technology Rodger Richey。USB设计要素。今日电子,2006(11):43-44
[26]姚成虎,王磊.USB协议浅析和USB设备设计简介.微机与应用,2004,(9):4-6
[27]马伟.计算机USB系统原理及其主/从设计.第一版.北京:北京航空航天大学出版社,2004:100-120
[28]王成儒,李英伟.USB2.0原理与工程开发.北京:国防工业出版社,2004
[29]frank.USB项目技术报告.北京航空航天大学,2002
[30]Don Anderson著,精英科技译.USB系统体系.北京:中国电力出版社,2001:177-185
[31]陈心浩.RS232/USB转换器的设计.电子技术,2003(10):47-49
[32]胡建平,李雪红,戴华林.USB/RS232转换器的实现.天津城市建设学院学报,2004,10(1):72-75
[33]符沧海.从RS232口获取+5V电源.通信电源技术,2000(4):22-23
[34]杨智君,田地,余青松.USB On-The-Go技术概述.电子技术应用,2003(16):44-49
[35]付贵阳,贾怀义.USB On-The-Go工作原理分析和应用研究。现代电子技术,2004(15):68-70
[36]USB总线接口芯片CH375中文手册.http://wch.cn
[37]智赵华,张鹏.USB接口芯片CH375的原理及应用.今日电子,2005(8):74-75
[38]SST89e58.pdf.(?)2005 Silicon Storage Technology,Inc.
[39]武安河.Windows 2000/XP设备驱动程序开发.第一版.北京:电子工业出版社,2005:1-103
[40]吴鹏,陶正苏,胡宇贞.基于单片机USB接口的PC主机驱动程序和应用程序设计.电子器件,2005,28(3):612-614
[41]黄平平,吉荣廷,沈大鹏.基于CH375实现单片机读写U盘.现代电子技术,2006(18):13-15
[42]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.第四版.北京:北京航空航天大学出版社,2007
[43]孙育才,王荣兴,孙华芳.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用.第一版.北京:清华大学出版社,2005
[44]石晓进,潘仲英.基于WinDriver编写USB驱动程序.电子测量技术,2005(1):58-59
[45]Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification.Microsoft Corporation,Version 1.03,December 6,2000
[46]周立功.PDIUSBD12器件原理、固件编程及驱动开发.第一版.北京:北京航空航天大学出版社,2003:213
[47]赵志勇,侯继光.USB2.0通信接口设计.网络信息技术,2005,24(3):56-57
[48]阮寅.嵌入式下的USB协议栈设计与实现:(硕士学位论文).成都:电子科技大学,2006
[49]曹国飞.嵌入式USB主机接口的设计:(硕士学位论文).哈尔滨:哈尔滨理工大学,2006
[50]曹放.主动、从动USB接口的实现:(硕士学位论文).沈阳:沈阳工业大学,2006
[51]王国强.嵌入式USB主机系统研究与应用设计.武汉:华中科技大学,2006
[52]王彦勇.具有16位AD转换U盘存储的便携式数据采集装置设计.太原:太原理工大学,2007
[2]杨晶晶,江春华.USB HID设备驱动程序设计.微计算机信息,2006,22(6):140-142
[3]萧世文.USB2.0硬件设计.第一版.北京:清华大学出版社,2003:5-10
[4]李会,邬迪.嵌入式系统在工业控制中的应用.嵌入式系统应用,2007,23:47-49
[5]李群芳,肖看.单片机原理、接口及应用.第一版.北京:清华大学出版社,2005:105
[6]李群芳,张士军,黄建.单片微型计算机与接口技术.第二版.北京:电子工业出版社,2005:131
[7]肖踞雄,翁铁成,宋中庆.USB技术及应用设计.第一版.北京:清华大学出版社,2003:2-4
[8]陈逸.USB大全.第一版.北京:中国电力出版社,2001:36
[9]邵贝贝,马伟.开发“嵌入式USB主机”扩展移动数据存储和交换的应用领域.今日电子,2003,(2):33-35
[10]谦君.USB主控制器固件技术探微.电子与电脑,2005(11):108-113
[11]宋鹏.嵌入式系统中USB接口技术应用研究与开发.扬州:扬州大学,2005
[12]陈启美,缪俊,丁传锁,陈锁柱.USB机械特性.电力自动化设备,2001,21(8):73-75
[13]陈启美,周五军,丁传锁,陈锁柱.USB电气特性.电力自动化设备,2001,21(9):68-71
[14]Lucio Di Jasio.Embedded USB provides path to appliance capabilities。Appliance Design,2005,(8):20-27
[15]陈启美,张静,丁传锁,陈锁柱.USB数据模型.电力自动化设备,2001,(3):55-60
[16]Mark Schultz.USB embedded host controller:for removable mass storage devices.Elektor Electronics,2004,(30):58-63
[17]张念淮.USB总线接口开发指南.第一版.北京:国防工业出版社,2001:28-202
[18]陈源,裘正定.基于嵌入式系统的USB接口的设计.计算机工程与应用,2004,(7):110-111
[19]肖踞雄.USB系统结构与应用设计.单片机与嵌入式系统,2001,(11):49-52
[20]杨章顺,冉立新.低成本USB协议转换器的设计与实现.计算机工程,2004,30(18):182-183
[21]陈青松.通用串行总线数据传输.计算机工程与设计,2006,27(11):2077-2079
[22]廖济林.USB 2.0应用系统开发.第一版.北京:电子工业出版社,2006:17-25
[23]张弘.USB接口设计.第一版.西安:西安电子科技大学出版社,2002:62-67
[24]许永和.USB外围设备设计与应用.第一版.北京:中国电力出版社,2002:30-32
[25]Microchip Technology Rodger Richey。USB设计要素。今日电子,2006(11):43-44
[26]姚成虎,王磊.USB协议浅析和USB设备设计简介.微机与应用,2004,(9):4-6
[27]马伟.计算机USB系统原理及其主/从设计.第一版.北京:北京航空航天大学出版社,2004:100-120
[28]王成儒,李英伟.USB2.0原理与工程开发.北京:国防工业出版社,2004
[29]frank.USB项目技术报告.北京航空航天大学,2002
[30]Don Anderson著,精英科技译.USB系统体系.北京:中国电力出版社,2001:177-185
[31]陈心浩.RS232/USB转换器的设计.电子技术,2003(10):47-49
[32]胡建平,李雪红,戴华林.USB/RS232转换器的实现.天津城市建设学院学报,2004,10(1):72-75
[33]符沧海.从RS232口获取+5V电源.通信电源技术,2000(4):22-23
[34]杨智君,田地,余青松.USB On-The-Go技术概述.电子技术应用,2003(16):44-49
[35]付贵阳,贾怀义.USB On-The-Go工作原理分析和应用研究。现代电子技术,2004(15):68-70
[36]USB总线接口芯片CH375中文手册.http://wch.cn
[37]智赵华,张鹏.USB接口芯片CH375的原理及应用.今日电子,2005(8):74-75
[38]SST89e58.pdf.(?)2005 Silicon Storage Technology,Inc.
[39]武安河.Windows 2000/XP设备驱动程序开发.第一版.北京:电子工业出版社,2005:1-103
[40]吴鹏,陶正苏,胡宇贞.基于单片机USB接口的PC主机驱动程序和应用程序设计.电子器件,2005,28(3):612-614
[41]黄平平,吉荣廷,沈大鹏.基于CH375实现单片机读写U盘.现代电子技术,2006(18):13-15
[42]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.第四版.北京:北京航空航天大学出版社,2007
[43]孙育才,王荣兴,孙华芳.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用.第一版.北京:清华大学出版社,2005
[44]石晓进,潘仲英.基于WinDriver编写USB驱动程序.电子测量技术,2005(1):58-59
[45]Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification.Microsoft Corporation,Version 1.03,December 6,2000
[46]周立功.PDIUSBD12器件原理、固件编程及驱动开发.第一版.北京:北京航空航天大学出版社,2003:213
[47]赵志勇,侯继光.USB2.0通信接口设计.网络信息技术,2005,24(3):56-57
[48]阮寅.嵌入式下的USB协议栈设计与实现:(硕士学位论文).成都:电子科技大学,2006
[49]曹国飞.嵌入式USB主机接口的设计:(硕士学位论文).哈尔滨:哈尔滨理工大学,2006
[50]曹放.主动、从动USB接口的实现:(硕士学位论文).沈阳:沈阳工业大学,2006
[51]王国强.嵌入式USB主机系统研究与应用设计.武汉:华中科技大学,2006
[52]王彦勇.具有16位AD转换U盘存储的便携式数据采集装置设计.太原:太原理工大学,2007