USB主機方式在嵌入式系統的應用
發布時間：2014-12-16 11:31
發布者：designapp
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USB 就是指通用串行總線（Universal Serial Bus），是計算機外圍設備通訊的總線標準。USB 能夠實現從出現迅速發展到普遍應用，其主要的原因是其具有高速、穩定、廉價、方便的特點。在嵌入式系統中USB技術主要有兩種應用方式，一種是USB總線設備的USB設備方式，一種是USB主控制器的嵌入式USB主機。USB 設備已經得到了廣泛的使用，但是USB 主機實現其復雜性卻沒有很多應用實例。文章主要研究了USB應用領域中，采用低端控制器的嵌入式系統如何實現有限的USB主機功能。 由于其良好的特性，USB 總線的應用范圍已經開始從計算機外圍設備向嵌入式系統擴展，在嵌入式系統中USB總線協議的完整性與復雜性使得它的應用方式多種多樣。 1 USB 總線簡介 1.1 USB總線拓撲結構 USB主機（USB HOST）、USB 設備(USB DECICE)、USB集線器（USBHUB）是USB系統中的三個硬件設備。USB 主機是每一個USB 系統中都必須包含的，在整個系統中其占據主導地位。USB 設備主要有兩個類型，一個是為USB 總線提供接入口的集線器，另一個是鼠標、打印設備、存儲設備等具有特定功能的設備。 1.2 USB總線特征 （1）使用方便。USB 總線能夠即插即用，為終端用戶的使用提供方便，主要是由于接口方式統一、電氣方面有總線供電和設備自供電、自動識別設備、外圍設備動態鏈接與重新配置。 （2）適用于不同應用范圍。USB總線的速度模式與數據流傳輸模式具有多樣性，能夠滿足不同應用范圍的需求，使USB總線能夠被廣泛地使用。 2 USB 主機方式在嵌入式系統的應用 2.1 嵌入式USB 主機應用 2.1.1 嵌入式USB 主機應用中的問題 USB主控的集成能夠使嵌入式產品與各種低價、便捷的外部設備連接。便攜移動設備的發展對USB 主控裝置有著越來越大的需求。 從根本上來說，USB就是PC總線的外部擴展，PC為其提供了豐富的系統資源，而PC 中的Microsoft Windows 操作系統原本就可以支持USB。USB主控體系結構由于系統資源與軟件支持成為了PC應用中理想的解決方案，但是嵌入式系統中并沒有這些優勢。 嵌入式USB主機應用中問題主要體現在： 嵌入式系統有限的系統資源容量與能力； USB固件的添加會使嵌入式應用的復雜性加大，影響嵌入式應用及時響應實時事件的功能； 嵌入式市場處理器與實時操作系統繁復，USB固件的開發與移植需要大量的時間，典型嵌入項目的設計學習過長、過于艱辛。 2.1.2 嵌入式USB 主機應用相關問題的對策 要解決嵌入式裝置中USB主控設計復雜的問題，其中一個方法就是在USB 主端控制器中揉入USB 即插即用的能力智能。具體的操作辦法有：在控制器硬件中嵌入USB 主控棧與器件驅動的功能共用組件；將USB主控功能壓縮到語族與ANSI C兼容的API（被系統用來獲取USB主控制器中的USB主控功能）中。 2.2 U盤讀寫系統中的USB主機應用 U 盤是一種移動存儲設備，雖然在PC領域中應用廣泛，但是在嵌入式系統中的潛力卻并沒有體現出來。U 盤良好的通用性決定其能夠在嵌入式系統中應用，一來U 盤的使用不僅僅局限一臺主機，二來U盤是一種低價、便捷的數據采集存儲媒介；最后U盤具有較好的抗震性與穩定性，能夠在特殊環境中使用。 2.2.1 U 盤的工作原理 U盤是一種基于USB總線的移動存儲設備，符合USB大容量存儲類協議，在U 盤的內部有USB 設備接口引擎、微控制器，兩者共同工作處理主機命令并管理存儲設備。 2.2.2 U盤標準描述符 設備識別與設備枚舉的依據就是設備的標準描述符，當U盤插入到主機之后，主機會要求U盤報告其標準描述符，主要涉及到的有：設備描述符（Device Descriptor），對設備的類型與子類型、版本號、協議代號等進行定義；配置描述符（ConfigurationDescriptor）對接口的數量、設備的供電模式與供電量進行定義；接口描述符（Interface Descriptor）；端點描述符（EndpointDescriptor）。 2.2.3 BULK-LNLY 傳輸方式 USB會在U盤插入后對其進行搜索，要求U 盤提供描述符。USB Host 得到描述符就可完成配置，識別基于BULKLNLY傳輸的大容量存儲設備，進入BULK-LNLY 傳輸方式，對命令塊包、狀態塊包、普通數據三類數據進行USB與U 盤之間的傳輸。 2.2.4 U 盤與主機的數據傳輸 主機（基于Bulk-Only 傳輸協議）與U 盤之間的數據傳輸都是由主機發起的，主機向設備發送包含操作命令代碼的命令塊包，設備接收之后，對命令塊包進行檢查與解讀，根據命令來進行操作，并將執行的狀況報告給主機。 3 結語 相對于傳統的串行接口來說，USB總線更加方便使用、高速穩定、靈活快捷，受到了用戶的一致的好評與歡迎，得以迅速的發展。本文對USB 總線的特征與發展狀況進行了分析，總結出了USB 總線的優勢。在對USB 總線協議分析的基礎上，對USB技術在嵌入式系統中的應用研究，對USB 應用模式中的USB主機的實施方案進行了具體研究。 |
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