嵌入式系统中USB主口的开发

发布时间：2020-05-28 00:19

【摘要】： USB接口具有使用方便,数据传输率高,支持即插即用等特点。但由于USB接口协议复杂,涉及的方面广,特别是软件种类多,USB芯片种类繁多,使得USB设备的开发十分困难。然而随着USB应用领域的逐渐扩大,人们对于USB的期望也越来越高,希望USB能应用在各种计算机领域中,尤其是能应用在移动数据领域中,能通过一些移动设备直接和USB外设通信,使USB能应用在没有PC的领域中。如何将USB应用到嵌入式领域,实现USB的点对点通讯,成为目前USB研究领域的热点。 本论文以实现任意波发生器具有USB主口的功能为目的,以ADS1.2/Embest为软件开发环境,采用Hynix的HMS30C7202作为主控芯片,采用Cypress的SL811HS作为USB控制芯片。 (1)研究分析了USB1.1协议;在研究USB体系结构、USB总线的拓扑结构、USB总线的物理接口、USB系统的逻辑分层和USB总线数据通信流等基本内容的基础上,重点对USB1.1协议层进行了分析研究。 (2)系统地分析了嵌入式系统的开发流程,研究设计了任意波发生器中USB主口设计的硬件系统。分析了干扰因素,并从元器件的选择、对外部电磁辐射进行屏蔽、晶振电路稳定性和PCB板这四个方面,分别采取了抗干扰措施,保证了系统稳定可靠的运行。 (3)进行了系统软件设计,研究分析了Bulk-Only传输协议、SCSI命令集和FAT文件系统的构建。该系统完成了USB主机控制器驱动程序、核心驱动程序以及用户软件的设计,实现了设备的枚举、配置等功能;系统支持Mass Storage类协议,建立了与文件系统的接口,通过发送SCSI命令实现了U盘文件的读取。 论文研究开发了嵌入式系统中USB主口,实现了嵌入式USB主机系统的构建,在任意波发生器的控制面板上增加USB主机的功能,实现了对存储在U盘里的波形数据进行处理。对于开发嵌入式USB主机,使USB的应用脱离PC机具有重要意义和实用推广价值。
【图文】：

连连是指 USB 设备与主机之间进行连接和通信的操作，的拓扑结构：USB 设备与主机之间的各种连接方式；层次关系：根据性能叠置，USB 的任务被分配到系统的流模式：描述了数据在系统中通过 USB 从产生方到使用 的调度：USB 提供了一个共享的连接。对可以使用的传输，并且避免的优先级判别的开销。备主要分为集线器和功能部件。只有集线器可以提供更多主机提供了具体的功能。

PC 机就是主机和根Hub，用户可以将外设或附加的Hub 与之相连，这些附加的Hub 可以连接另外的外设以及下层Hub。USB 支持最多5 个Hub 层以及127 个外设。图2-2 描述了USB 的物理拓扑结构[26]，从中可以看出每一段的连接都是点对点的。图 2-2 总线的拓扑结构Fig.2-2 Bus Topology2.3 USB 总线的物理接口2.3.1 USB 的电气特性USB 总线由 VBUS（USB 电源）、D+(数据)、D-(数据)和 GND(USB 地)4 根线组成[1]，用以传送信号和提供电源。信号线[27]的特性阻抗为 90Ω，而信号是利用差模方式送入信号线的，利用这种差模传输方式，接收端的灵敏度可以达到不低于 200mV。线缆的最大长度不超过 5m，如图 2-3 所示，USB1.1 的传输速率最高为 12Mb/s（低速外设的标准速率为 1.5 Mb/s，高速外设的标准速率为 12 Mb/s）。图 2-3 USB 的电缆Fig.2-3 USB Cable低速模式需要更少的 EMI（Electro Magnetic Interference
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP368.11

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本文编号：2684387