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    基于AVR單片機的ISP1362 OTG設計

    發布時間:2010-11-4 21:17    發布者:techshare
    關鍵詞: AVR , ISP1362 , OTG , 單片機
    隨著PDA、移動電話、數碼相機、打印機等消費類產品的普及,用于這些設備與電腦、或設備與設備之間的高速數據傳輸技術越來越受到人們的關注。以往以計算機為核心的數據傳輸結構,非常不利于USB,總線嵌入式行業的應用,也不適用于野外作業,而OTG技術的推出則可實現在沒有PC的情況下,設備與設備之間的數據傳輸,它拓展了USB技術的應用范圍。本文采用的設計方案是基于Philips公司的ISP1362 OTG控制芯片,參照最新的USB OTG技術規范,設計了一種遵循USB協議的主/從機系統。

    1 ISP1362芯片的內部結構

    Philips公司的ISP1362是一款符合USB 2.0總線協議的接口芯片,內部有3個USB控制器一主機控制器、設備控制器和OTG控制器。其中,主機控制器具備高度優化的USB主機功能;設備控制器則具有多達14個可編程端點,又可以被配置成雙緩沖端點進一步提高吞吐量:而OTG控制器主要提供包括監控和轉換功能在內的所有OTG控制。ISP1362內部構造如圖1所示。




    2 USB OTG主/從機系統設計

    USB OTG主/從機系統設計包括硬件設計和軟件設計兩大模塊。其中硬件電路主要是USB接口電路板的設計;軟件設計包括設備初始化、系統的功能設計、設備驅動程序設計等,下面分別介紹系統軟、硬件系統的設計方法。

    2.1 系統硬件電路設計

    USB OTG主/從機設計的硬件電路如圖2所示,圖中ATmega 32的PD口和IPA口用于控制ISP1362的時序,PB口和PC口則用于與ISP1362的D[0..15]進行數據交換。ISP1362芯片有Port1和IPort2兩個USB接口。Port1是個綜合接口,可以配置成downstream、upstream或者是OTG;Port2是作為固定的downstream,主要接一般的USB設備。當ISP1362做主機時,主機內部的寄存器通過檢測其相應狀態寄存器的值就可以判斷是Port1還是Port2接了設備,從而進行相應的處理。

    ISP1362的Port1口主/從機功能通過ID、OTGMODE兩引腳電平的高低組合來確定。當OTGMODE引腳接低,無論ID電平如何,則芯片的Port1口只能OTG用;如果OTGMODE接高,ID接低,芯片的Port1口作主機使用;OTGMODE接高,ID也接高時,則芯片的Port1口作外設使用。在電路中通過15kΩ的上拉電阻和下拉電阻實現ID、OTGMODE兩引腳電平的高低變化。



    2.2 系統軟件設計

    本設計的主機系統是一個軟件和硬件的集合體,功能的實現不依賴于任何操作系統,而是通過中斷來調度各個任務,使之滿足USB通信的要求,因此系統是按照協議規范和特定的時序運行的。

    本系統是ISP1362工作于主/從機模式下的應用,按系統硬件電路配置完成接口芯片,然后對其編程,就可以進行USB數據傳輸。系統工作流程如下:首先進行系統初始化,構建PTD傳輸描述符,接著總線枚舉過程,給外設分配地址,獲取外設的基本信息,并判斷外設為主機設備或是從機設備,之后驅動相應的主/從機驅動程序運行,數據傳送和接收,根據總線的活動情況判斷是否掛起。系統流程圖如圖3所示:



    實現ISP1362芯片的軟件編程控制,就是對該芯片的CS、RD、WR、A0、A1引腳的控制。本文中CS代表片選,低電平有效;RD代表讀信號,低電平有效;WR代表寫信號,低電平有效;A0引腳電平的高低不同,分別表示傳輸的信號代表的是命令信號還是數據信號;A1引腳電平的高低不同,分別表示控制的是外設還是主機。通過上述幾個引腳信號的組合,可以實現讀寫控制ISP1362的不同功能。除此之外,以下的幾個引腳對于控制ISP1362也有重大意義:DREQ1引腳代表DMA請求輸出,當它高電平有效時,通知IDMA控制器主機正在請求數據傳送;DREQ2引腳高電平有效時,通知DMA控制器外設正在請求數據傳送;DACK1引腳代表DMA確認輸入,低電平有效時表明來自主機的DMA傳輸請求已經被DMA控制器確認;DACK2引腳低電平有效時表明來自外設的DMA傳輸請求已經被DMA控制器確認;INT1和INT2引腳連接到外部微處理器的IRQ引腳,使得ISP1362可以根據請求執行中斷服務程序。軟件設計具體工作流程如下:

    (1)系統硬件初始化,包括ATmega32和ISP1362的初始化。AVR微處理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC處理器,它具有功耗低、速度快、輸出高、開發工具開放、性價比高等優點,它的程序存儲器和數據存儲器是可以獨立訪問的哈佛結構,因此代碼執行效率非常高。ATmega系列單片機的內部模塊還很豐富,可用的資源也很多,本文對ATmega32的初始化,就是要對它的I/O口、定時器、時鐘、看門狗等進行相應的設置,使之開始工作。而ISP1362的初始化,就是當ISP1362上電后,主機控制器驅動程序(HCD)必須通過一系列的硬件初始化步驟來配置主機控制器,從而進入可操作狀態。首先檢測主機控制器是否存在,此步由MCU(單片機)實現,本文通過MCL響HcScratch寄存器內寫入某個值,再從該寄存器中讀取,將讀出值與寫入數值進行比較,若相等,則可說明主機控制器存在;反之則出錯,無主機控制器存在。

    (2)構建PTD描述符。PTD(Phi l ips Transfer Descriptor)為ISP1362主機控制器與外圍設備的通信提供了一個傳輸渠道,要在主機與外設之間進行通訊,首先需要構建一個PTD。PTD具有3種傳輸類型:控制和批量傳輸(非周期傳輸)PTD、中斷傳輸PTD和同步傳輸PTD。

    (3)主機分配地址給設備,獲取設備描述符和設備的功能信息。主機通過不斷地向外設發送設備請求來獲取設備、端點的功能信息。獲取USB設備描述符的過程分為三個步驟:a.主機通過設備的默認端點獲取設備描述符,為設備分配一個惟一的地址;b.主機讀取配置描述符信息、接口描述符信息和端點描述符信息;c.根據設備的相關信息調用相應的事務處理程序。

    (4)設備枚舉成功之后,主機就可以根據已編寫的進程與外設進行USB通信,等待、查詢數據的發送和接收。

    (5)數據發送或接收完畢之后,根據QueryBus函數查詢總線的活動情況,判斷設備是否需要掛起。

    2.3 設備驅動程序

    要實現主機對從機的讀寫,USB主機必須具有相應的驅動,對各種讀寫指令進行封裝、解釋和執行。開發驅動有很多種方法,本文采用直接在USB主機接口驅動上層封裝一個USB傳輸API 函數-USBXfer,應用于實現各種USB傳輸。

    3 結束語

    本文設計的USB 0TG主從機系統性能穩定,數據傳輸效率高。測試表明,此設計能夠正確地實現USB 0TG主從機間的數據交換,性能可以滿足設備間的數據傳輸要求,同時又能很好地控制成本,具有一定的實用價值。
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