用PDIUSBD12和K9F5608U0A設計USB移動閃存

    摘要：簡要介紹USB（通用串行總線）大容量存儲設備類，給出USB控制PDIUSBD12和閃存K9F5608U0A的原理框圖，并以這兩個芯片為例設計出存儲設備的電路圖，最后列出程序流程圖。

    關鍵詞：USB PDIUSBD12 K9F5608U0A 移動閃存

引言

自從USB規(guī)范發(fā)布以來，短短的幾年中得到了極大的發(fā)展，基于USB接口的大容量存儲設備（USB Mass Storage）應運而生。這類設備主要有：USB移動硬盤、USB外置光驅(qū)、USB外置軟驅(qū)、USB閃存盤等。但是目前國內(nèi)介紹這一方面開發(fā)的文章并不多。結(jié)合作者實踐，本文將以Philips公司的USB控制器PDIUSBD12和Sumsung公司的內(nèi)存（Flash）K9F5608U0A為例，介紹開發(fā)大容量存儲設備的方法。

1 USB大容量存儲設備類

USB大容量存儲設備類規(guī)范包括四個獨立的子類規(guī)范，即：①USB Mass Storgage Class Control/Bulk/Interrupt(CBI)Transport;②USB Mass Storage Class Bulk-Only Transport;③USB Mass Storage Class ATA Command Block;④USB Mass Stroage Class UFI Command Specification。前兩個子規(guī)范定義了數(shù)據(jù)/命令/狀態(tài)在USB上的傳輸方法。Bulk-Only傳輸規(guī)范僅僅使用Bulk端點傳送數(shù)據(jù)/命令/狀態(tài)，CBI傳輸規(guī)范則使用Control/Bulk/Interrupt三種類型的端點進行數(shù)據(jù)/命令/狀態(tài)傳送。后兩個子規(guī)范定義了對存儲介質(zhì)的操作命令。UFI命令規(guī)范是針對USB移動存儲而制定的，實際上UFI命令格式是基于SFF-8070i和SCSI-2規(guī)范，總共定義了19個12字節(jié)長度的操作命令。

批量單獨傳輸在大部分的通信中使用批量傳輸，只有在批量端點上清除一個Stall狀況，以及傳送類別特定請求（class-specific request）時才使用控制傳輸。需要注意的是，批量單獨傳輸還支持兩個特定的請求是：

*Bulk Only Mass Storage Reset——重置設備；

*Get Max Lun——取得設備支持的邏輯單元數(shù)目。

大容量存儲類支持的設備都有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，控制與讀取不同設備需要使用不同的命令區(qū)塊群。

2 器件簡介

2．1 USB控制器PDIUSBD12

PDIUSBD12是一個全速芯片，支持一個控制端點，以及四個額外的端點地址，一個端點的地址可以存儲128個字節(jié)，而雙緩沖區(qū)可以存256個字節(jié)。該芯片完全由軟件控制，在外圍設備的CPU送來一個命令來仿真連接總線之前，芯片都是維持與主機分離的狀態(tài)。這樣才能保證在開機后搜尋設備前，芯片有時間來初始化。另外，PDIUSBD12有一個狀態(tài)輸出可以連接到液晶顯示器上，在建立USB連接時亮燈，而數(shù)據(jù)傳輸時閃爍。PDIUSBD12引腳圖和邏輯框圖分別如圖1、2所示。

    2．2 K9F5608U0A

K9F5608U0A是三星公司生產(chǎn)的K9XXXXXU0A系列閃存中的一種，32MB容量，讀寫速度快，數(shù)據(jù)保存時間長以及高達10萬次的擦除寫入壽命等優(yōu)點。該芯片具有一個八位的I/O端口。在CE為低電平時，把WE置低，地址、命令和數(shù)據(jù)都可通過該端口寫入。數(shù)據(jù)在WE的上升沿被鎖存，CLE和ALE分別用來控制對命令和地址的鎖存。同進K9F5608U0A具有較強的糾錯功能，能夠最大限度地保護用戶數(shù)據(jù)。其內(nèi)部框圖和引腳圖分別如圖3、4所示。

各引腳功能如下：

I/O0～I/O7——數(shù)據(jù)輸入/輸出；

CLE——命令鎖存使能；

ALE——地址鎖存使能；

CE——片選信號；

    WE——寫使能；

WP——定保護；

GND——地輸入使能額外位；

R/B——準備好/忙；

VCC——電源；

VSS——地；

NC——懸空。

3 硬件電路設計

USB大容量存儲設備通常使用一個USB接口引擎和MCU（微控制器）一起處理主機發(fā)送的命令，以及對存儲設備進行操作。圖5顯示了一個USB大容量存儲設備通常采用的硬件結(jié)構(gòu)。ROM和RAM分別用于存儲數(shù)據(jù)和程序，USB微控制器通過通用I/O線與閃存設備連接。微控制器除了實現(xiàn)與主機之間的數(shù)據(jù)/命令傳輸外，還需要根據(jù)主機的命令對閃存器件并行讀/寫/格式化，實現(xiàn)邏輯扇區(qū)與物理扇區(qū)之間的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)錯誤校正等操作。

實例簡圖如圖6所示。MCU采用內(nèi)含ROM和RAM的微控制器8051，8051通過數(shù)據(jù)總線和控制總線與兩個外設進行通信。PDIUSBD12通過8051和K9F5608U0A進行數(shù)據(jù)傳輸，此處采用PDIUSBD12的并行傳輸方式。

4 軟件編寫

USB微控制器除了傳輸處理及UFI命令處理等工作外，還需要處理如存儲介質(zhì)的尋址/格式化/數(shù)據(jù)校驗等操作。本例中所需要的基本操作包括：

①提供USB枚舉信息；

②USB傳輸管理；

③根據(jù)主機的UFI命令，進行相應的處理；

④提供閃盤基本信息，如扇區(qū)大小、簇大小、閃盤容量等；

⑤邏輯簇（logical cluster）到物理塊（physical block）的轉(zhuǎn)換；

⑥物理塊的讀/寫/更新，其中許多的軟件功能是與閃存的操作相關的。

圖6

    本例中用到的傳輸協(xié)議為USB Mass Storage Class Bulk-Only Transport和USB Mass Storage Class UFI Command Specification。程序流程圖如圖7所示。源代碼見網(wǎng)站www.dpj.com.cn。

圖7

5 結(jié)論

本文結(jié)合實例，給出了一種開發(fā)USB移動存儲設備的方法。由于USB移動存儲設備具有使用方便、容量大、數(shù)據(jù)傳輸速度快等優(yōu)點，因而具有廣闊的高層前景。