USB-HOST实时数据采集嵌入式模块的实现

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:提出利用SL811HS和8位单片机实现USB-Host实时数据采集嵌入式模块。该系统的数据传输,遵守大规模存储协议和USB 1.1协议规范,可作为嵌入式设备的数据输入输出模块。它以文件的形式,与Slave端的USB移动存储器进行数据传输。 关键词:SL811HS USB-HOST 大规模存储协议 USB1.1 引言 随着数据采集系统、工控行业和嵌入式用户对移动存储的需求越来越大,传统的通过软盘、串行口(RS232/RS485)或以太网等传输数据的方式已不能满足当前数据存储和交换的需求。如何在嵌入式模块中实现USB移动存储已成为急需解决的问题。 本文提出利用SL811HS和8位单片机实现USB-HOST嵌入式模块的一种方案。它带有标准USB数据总线接口,完全遵守USB 1.1协议和大规模存储协议规范。移动存储设备的文件操作方式支持FAT16文件系统。 1 USB-HOST嵌入式模块原理 USB技术规范将使用USB进行数据传输的双方划分为两种角色——Host和Slave,并且规定,数据传输只能发生在Host和Slave之间。目前,绝大多数Host功能角色被集成在各种类型的PC机上,如笔记本电脑、台式机、Mac机及服务器等;而各种各样的基本USB的移动设备都集成了USB Slave功能角色,例如U盘、带USB接口的数码相机等。这样,就导致这些作为USB Slave的USB接口的数字设备中的数据,离开PC机无法读写。解决这一问题的根本办法就是在需要使用USB设备的系统中集成USB Host功能模块,使之具有与USB Slave设备进行数据传输的能力。 利用SL811HS和8位单片机实现的系统完成了USB Host功能,并且提供了USB总线的接口方式。它可以作为一个数据接口模块集成到用户的嵌入式系统中,使用户系统能够读/写作为Slave的USB移动存储器,从而完成数据存储和交换功能。由于它支持FAT16文件系统,所以可以将用户系统发来的数据以文件的方式存储到USB移动存储器中,因此,用户可以在需要时,将USB移动存储器取出,并拿到自己数据处理中心的PC机,直接将采集到的数据进行分析,极大地方便了用户数据的采集和处理。其原理如图1所示。 2 SL811HS芯片介绍 Cypress公司提供的USB嵌入式主控制器芯片SL811HS具有标准的微处理器总线接口,可以提供全速(12Mb/s)和低速(1.5Mb/s)USB数据转换。图2为SL811HS主从控制功能模块。 它具有以下功能: ①自动检测全速或低速设备; ②8位双向数据输出端口; ③集成芯片的串行接口驱动和USB接收; ④256字节内部SRAM缓存,乒乓处理; ⑤自动生成内部帧同步和CRC5/16校验; ⑥自动地址增益模式,可以节省存储器读写周期。 3 硬件电路设计 图3为SL81HS电路设计图,在实际项目中已经得到了应用。 其中AD0~AD7、CS、RD、WR均与单片机89C51相连,由单片机进行控制。虽然SL811HS可以使用12MHz晶振,然而在实际使用过程中发现,当晶振质量不太好时,电路稳定性较差,故建议在条件许可的情况下,尽量使用48MHz的有源晶振。 4 SL811HS的工作过程 ①通过SL811HS向从机发送数据过程。接收数据过程同发送数据过程类似。 ②通过SL811HS向从机发送数据的Ping-Pong方式的实现。若有大量的数据(如以512字节为最小单位的扇区写操作)需要传送,就要考虑到Ping-Pong传送。其具体过程为: *向BUFFER中同时写入2个帧; *发出第1个帧; *等待确认信息; *收到确认信息后发出第2个帧,在第1个帧的位置上填充第3个帧,同时开始等待确认信息。 Ping-Pong方式利用等待的时隙,填充BUFFER,可以极大提高系统的性能,在不改变其它条件的情况下,提高速度。 5 大规模存储过程 大规模存储是CPU和移动存储设备打交道的接口程序,通过调用大规模存储程序,可以得知移动存储设备文件分区表中的DBR、FAT表、文件目录表等的起始位置,并且可以获得移动存储设备某些地址区间的一系列数值。Windows系统可以自动支持大规模存储协议,使主机可以自如访问移动存储设备;然而在单独开发此嵌入式模块时,大规模存储协议须自己编写。 下面为通过大规模存储协议访问移动存储设备的部分程序。 if(!SPC_RequestSense()) return FLASE; //转换数据状态到主机 if(!SPC_TestUnit()) returnFALSE; //检测UFI设备状态 if(!RBC_ReadCapacity()) return FLASE; //主机读取的最大容量 if(!RBC_Read(0x0,1,DBUF)) return FLASE;//主机读0x0开始的一个数据块到DBUF //以上为大规模存储的各个命令块,运行成功,则继续。 if(DBUF[0]==0xeb||DBUF[0]==0xe9) DeviceInfo.StartSector=0; Else DeviceInfo.SartSector=SwapINT32(pMBR->StartSector); pBPB=(PBPB_BLOCK)DBUF; //引导扇区DBR的BRB块定义 if(!RBC_Read(DeviceInfo.StartSector,1,DBUF)) return FLASE; DeviceInfo.BPB_BytesPerSec=SwapINT16(pBPB->BPB_BytesPerSec); DeviceInfo.PBP_SecPerClus=pBPB->BPB_SecPerClus; DeviceInfo.BPB_NumFATs=pBPB->BPB_NumFATs; DeviceInfo.BPB_RootEntCnt=SwapINT16(pBPB->BPB_RootEntCnt); DeviceInfo.BPB_TotSec16=SwapINT16(pBPB->BPB_TotSec16); DeviceInfo.BPB_FATSz16=SwapINT16(pBPB->BPB_FATSz16); DeviceInfo.BPB_TotSec32=SwapINT32(pBPB->BPB_TotSec32); SeviceInfo.FatStartSector=DeviceInfo.StartSector+1; SeviceInfo.RootStartSector=DeviceInfo.StartSector+2*DeviceInfo.BPB_FATSz16+1; DeviceInfo.FirstDataSector=DeviceInfo.FatStartSector+2*DeviceInfo.BPB_FATSz16+32; /*以上为各个部分存储位置即每扇区字节数、每簇扇区数、FAT表起始扇区、根目标起始扇区、数据区起始扇区等。*/ 6 系统的整个工作流程 通过单片机定时器0检测设备状态,如果发现从设备接入,则触发外部中断0。当从设备发现后,通过SL811HS进行设备枚举,设置设备地址、数据描述和配置,然后通过大规模存储协议访问从设备文件系统。发读或写命令,对从设备进行读写,最后反馈响应码。 7 总结 本文描述了SL811HS芯片和大规模存储协议的应用,介绍了基于8位单片机实现USB-HOST的整个过程。此系统已经过试验,能够完成对从设备的直接读写数据,查看从设备目标及从设备剩余存储空间等一系列操作,稳定性较强;可广泛地应用于数据采集系统、工控行业等领域,具有一定的实用价值。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/others/200703/9793.html
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