浅谈USB闪存盘与PIC微控制器系统的连接

2007-11-26 10:19:04来源: 慧聪网

问题与挑战

作为现今普遍接受的移动存储工具,USB闪存盘在各种嵌入式系统中也获得广泛应用。

本文介绍低成本PIC控制器通过USB2.0全速接口与闪存盘进行连接的实现过程,并着重针对PIC微控制器和VinculumUSB接口芯片说明有关嵌入式接口的硬件设计以及程序的编写。

如今各种闪存盘和USB外设价格已相当低廉,并被广泛应用到带USB接口的PC中.而要将它们应用于8位或16位嵌入式系统中,如何解决成本和功耗等问题才是关键.这其中的原因主要是这类系统中用到的嵌入式控制器,如Microchip公司推出并得到广泛应用的PIC系列器件具有多种存储密度和外设,但由于缺乏接口、资源和性能,无法作为USB的主控制器。

在实际应用中,可用VNC1LVinculum控制器来实现这种连接,该芯片提供了作为系统控制器的PIC和USB2.0全速端口之间的接口,顺利实现与USB闪存盘的连接,同时该方案具有很短的执行时间和最小系统成本。Vinculum基于定制处理器内核,有两个直接存储访问(DMA)引擎以加快数据传输和32位数字协处理器优化文件系统的计算,所有这些都在一个芯片里完成,芯片带有64K嵌入式闪存和4K内部数据SRAM。

Vinculum专门针对嵌入式USB控制器市场,只需要很少外部支持元件。Vinculum核与常用MCU核相比的一个主要特点是其代码长度大幅缩短,减少内核在代码上的开销,因此可以在单芯片e-Flash存储器里装入更多功能,这一特点也正好可以弥补基于PIC的嵌入式系统的不足。系统原理图见图1,通过Vinculum将小型PICMCU连到USB“A”连接器上,然后就可以连接USB闪存盘了。

搭建模拟系统

PIC是系统控制器,通过通用I/O引脚(引脚9、10、11上的RC0、RC1、RA2)接收从传感器或其他来源传过来的数据,对数据格式进行转换,然后用数据流将数据写入闪存盘上的文件里。命令和数据通过TXD(引脚6)传到VNC1L的RXD(引脚32),VNC1L在USB闪存盘上生成FAT12/16/32文件并存储数据,并通过USB2DM(引脚28)和USB2DP(引脚29)和闪存盘通信。数据也用同样引脚读出,然后将数据通过VNC1L的TXD(引脚31)传到PIC的PXD(引脚5)以供系统固件使用。

在PIC引脚2和3之间接入一个20MHz晶振可在其UART接口获得高达115200bit/s波特率,而使用内部8MHz振荡器只能获得最高9600bit/s波特率,因此加接晶振可提高系统性能。PIC的IO引脚RC2和RC3都被固件使用,以模拟与VNC1LUART连接的RTS/CTS握手信号。系统由PIC上的固件控制,数据传输则由PIC发出的指令控制,该指令由Vinculum上的标准固件进行解释。虽然说起来很简单,但完成设计还有其他一些工作要做,例如器件还需要电源、控制时钟的晶振以及编程。

系统需要标准的5V250mA电源(PSU),可为USB“A”连接器提供高达200mA电流,同时为VNC1L和PIC各提供25mA驱动电流。VNC1L采用3.3v电源,由一个3.3vLDO调压器提供,它带有一个5v容限IO引脚,可使其连到PIC而不需要用到电平转换器。在低功耗应用中,VNC1L不工作时可进入2mA睡眠模式,如需唤醒器件,只需触发RART接口的振铃指示(RI)引脚(引脚38)。如果它连到RXD线上(如图所示),就可以用一个空命令触发以唤醒器件。

该设计还包括一个双色LED指示器,由引脚16和18推动。它可以显示是否成功连上USB闪存盘并可以访问文件系统。

VNC1L和PIC编程

该设计包括两个程序头文件,每个器件需要一个,同时还要有相应的开发环境。对于生产设计而言,两个器件都要在插入PCB之间预先编程,以减少连接头和跳线。

在正常工作状态下,J1和J2需要连上,而其他跳线保持断开。对VNC1L编程的时候,将J1和J2跳线移开以使VNC1LUART输入与PIC输出分开。把5VPSU断开,然后将TTL-232R-3V3线缆接到H2上,将该线缆的USB端接到PC上,而在PC上安装好VPROG编程软件。将J4连上以便将VNC1L的PROG#引脚拉低,并短暂将J3短路以使器件复位使其进入编程状态。编程完成后,记住恢复跳线设定到工作位置。

对PIC编程时编程头连到器件的RA0、RA1和MCLR#引脚,通过编程头提供5V编程电压。PIC微控制器编程前先将5VPSU断开,编程头连到标准PIC编程环境如PICKit2上,可以使用Microchip的调试与下载工具。

本文所附的C代码实例显示PIC等待闪存盘检测,然后打开一个名为hello.txt的文件,接着将“HelloWorld”以及回车换行符写入该文件中,最后关闭文件并等待将闪存盘移开。

VNC1L固件

VNC1L采用标准固件进行编程,称为VDAP,它可以解释来自于PIC的命令。这些VDAP命令有些类似于DOS指令,如DIR、RD以及WR等,命令集也支持容易被微处理器控制的单字节十六进制命令,VDAP命令包含在PIC固件中,可控制USB闪存盘的接入,典型命令序列可以是生成一个文件、从文件中读出/写入数据然后关闭文件。

结论

FTDI的VinculumVNC1L提供了一个低成本微控制器与USB2.0低/全速外设之间的接口,易于使用和编程,其指令集类似于DOS命令,可在微控制器环境下很容易地编写调试数据以及传输例程,同时设计简单,使嵌入式系统能以较低成本实现USB主机功能。因此用户将可以采用低成本通用USB闪存盘作为系统存储媒介,而且还能在现场进行软件升级。此外VNC1L还可用于连接除了大 容量存储设备之外的很多其他USB外设,不过这部分内容在本文讨论范围之外。

VinculumIC给USB接口增加不到10%的功耗,对系统而言更低,但能以非常容易及直接的方式为便携式设备增加USB2.0主机控制器端口。VDAP固件以及介绍完整指令集的文件可从FTDI的Vinculum网站(http://www.vinculum.com)下载。

关键字:定制  内核  传输  引擎

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/others/200711/17012.html
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