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USB主机方式在嵌入式系统的应用

作者:管理员     来源:EDN电子技术设计     发布时间:2019-07-12     浏览次数:【2313】

    SB 就是指通用串行总线(Universal Serial Bus),是计算机外围设备通讯的总线标准。USB 能够实现从出现迅速发展到普遍应用,其主要的原因是其具有高速、稳定、廉价、方便的特点。在嵌入式系统中USB技术主要有两种应用方式,一种是USB总线设备的USB设备方式,一种是USB主控制器的嵌入式USB主机。USB 设备已经得到了广泛的使用,但是USB 主机实现其复杂性却没有很多应用实例。文章主要研究了USB应用领域中,采用低端控制器的嵌入式系统如何实现有限的USB主机功能。


    由于其良好的特性,USB 总线的应用范围已经开始从计算机外围设备向嵌入式系统扩展,在嵌入式系统中USB总线协议的完整性与复杂性使得它的应用方式多种多样。


    1 USB 总线简介


    1.1 USB总线拓扑结构


    USB主机(USB HOST)、USB 设备(USB DECICE)、USB集线器(USBHUB)是USB系统中的三个硬件设备。USB 主机是每一个USB 系统中都必须包含的,在整个系统中其占据主导地位。USB 设备主要有两个类型,一个是为USB 总线提供接入口的集线器,另一个是鼠标、打印设备、存储设备等具有特定功能的设备。


    1.2 USB总线特征


    (1)使用方便。USB 总线能够即插即用,为终端用户的使用提供方便,主要是由于接口方式统一、电气方面有总线供电和设备自供电、自动识别设备、外围设备动态链接与重新配置。


    (2)适用于不同应用范围。USB总线的速度模式与数据流传输模式具有多样性,能够满足不同应用范围的需求,使USB总线能够被广泛地使用。


    2 USB 主机方式在嵌入式系统的应用


    2.1 嵌入式USB 主机应用


    2.1.1 嵌入式USB 主机应用中的问题


    USB主控的集成能够使嵌入式产品与各种低价、便捷的外部设备连接。便携移动设备的发展对USB 主控装置有着越来越大的需求。


    从根本上来说,USB就是PC总线的外部扩展,PC为其提供了丰富的系统资源,而PC 中的Microsoft Windows 操作系统原本就可以支持USB。USB主控体系结构由于系统资源与软件支持成为了PC应用中理想的解决方案,但是嵌入式系统中并没有这些优势。


    嵌入式USB主机应用中问题主要体现在: 嵌入式系统有限的系统资源容量与能力; USB固件的添加会使嵌入式应用的复杂性加大,影响嵌入式应用及时响应实时事件的功能; 嵌入式市场处理器与实时操作系统繁复,USB固件的开发与移植需要大量的时间,典型嵌入项目的设计学习过长、过于艰辛。





    2.1.2 嵌入式USB 主机应用相关问题的对策


    要解决嵌入式装置中USB主控设计复杂的问题,其中一个方法就是在USB 主端控制器中揉入USB 即插即用的能力智能。具体的操作办法有:在控制器硬件中嵌入USB 主控栈与器件驱动的功能共用组件;将USB主控功能压缩到语族与ANSI C兼容的API(被系统用来获取USB主控制器中的USB主控功能)中。


    2.2 U盘读写系统中的USB主机应用


    U 盘是一种移动存储设备,虽然在PC领域中应用广泛,但是在嵌入式系统中的潜力却并没有体现出来。U 盘良好的通用性决定其能够在嵌入式系统中应用,一来U 盘的使用不仅仅局限一台主机,二来U盘是一种低价、便捷的数据采集存储媒介;最后U盘具有较好的抗震性与稳定性,能够在特殊环境中使用。


    2.2.1 U 盘的工作原理


    U盘是一种基于USB总线的移动存储设备,符合USB大容量存储类协议,在U 盘的内部有USB 设备接口引擎、微控制器,两者共同工作处理主机命令并管理存储设备。


    2.2.2 U盘标准描述符


    设备识别与设备枚举的依据就是设备的标准描述符,当U盘插入到主机之后,主机会要求U盘报告其标准描述符,主要涉及到的有:设备描述符(Device Descriptor),对设备的类型与子类型、版本号、协议代号等进行定义;配置描述符(ConfigurationDescriptor)对接口的数量、设备的供电模式与供电量进行定义;接口描述符(Interface Descriptor);端点描述符(EndpointDescriptor)。


    2.2.3 BULK-LNLY 传输方式


    USB会在U盘插入后对其进行搜索,要求U 盘提供描述符。USB Host 得到描述符就可完成配置,识别基于BULKLNLY传输的大容量存储设备,进入BULK-LNLY 传输方式,对命令块包、状态块包、普通数据三类数据进行USB与U 盘之间的传输。


    2.2.4 U 盘与主机的数据传输


    主机(基于Bulk-Only 传输协议)与U 盘之间的数据传输都是由主机发起的,主机向设备发送包含操作命令代码的命令块包,设备接收之后,对命令块包进行检查与解读,根据命令来进行操作,并将执行的状况报告给主机。


    3 结语


    相对于传统的串行接口来说,USB总线更加方便使用、高速稳定、灵活快捷,受到了用户的一致的好评与欢迎,得以迅速的发展。本文对USB 总线的特征与发展状况进行了分析,总结出了USB 总线的优势。在对USB 总线协议分析的基础上,对USB技术在嵌入式系统中的应用研究,对USB 应用模式中的USB主机的实施方案进行了具体研究。