用CBI協(xié)議的USB軟驅(qū)讀取繡花機(jī)花版文件

引 言
    繡花機(jī)廣泛用于紡織行業(yè)，基本原理為讀取繡花花版文件到主控設(shè)備，進(jìn)行固定算法的花版解釋?zhuān)刂评C花機(jī)機(jī)頭進(jìn)行繡花動(dòng)作，目前廣泛利用USB接口讀取花版文件。USB協(xié)議對(duì)所有USB設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)，同類(lèi)型的設(shè)備擁有一些共同的行為特征和傳輸協(xié)議，在此基礎(chǔ)之上USB協(xié)議又劃分了子類(lèi)設(shè)備，進(jìn)一步區(qū)分相同類(lèi)設(shè)備的屬性，以利于設(shè)計(jì)主機(jī)與設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于USB大容量存儲(chǔ)設(shè)備(mass storage device)設(shè)計(jì)，普遍采用兩種基本傳輸方式：CBI和BULKONLY。使用較多的是BULKONLY協(xié)議，主要應(yīng)用在U盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備；而CBI協(xié)議由于具有中斷傳輸?shù)奶匦?，主要?yīng)用在USB硬盤(pán)及工業(yè)上普遍使用的USB軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，目前，在繡花機(jī)的使用過(guò)程中也需要磁盤(pán)讀寫(xiě)花版文件，這樣的好處是保密性強(qiáng)、可隨時(shí)更換，可以作為U盤(pán)的很好補(bǔ)充。

1 M8SS storage CBI協(xié)議介紹
    在CBI協(xié)議的描述中，必須采用4種傳輸方式和通道進(jìn)行主機(jī)和設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，這4種方式稱(chēng)為端口，按順序?yàn)椋篛，控制傳輸；1，塊輸入(bulkin)；2，塊輸出(bulk-out)；3，中斷傳輸。這與普通U盤(pán)設(shè)備采用2個(gè)傳輸端口有明顯區(qū)別?？刂贫丝?主要用來(lái)在主機(jī)和設(shè)備間傳送USB標(biāo)準(zhǔn)命令和對(duì)硬盤(pán)的控制命令集，批量輸入端口1和批量輸出端口2用來(lái)傳輸大量塊數(shù)據(jù)，中斷端口3用來(lái)返回命令的發(fā)送狀態(tài)用于主機(jī)產(chǎn)生中斷。
1．1 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程
    在對(duì)設(shè)備進(jìn)行任何操作前，主機(jī)都必須發(fā)送mass_storage_ufi協(xié)議中定義的相關(guān)UFI命令塊(USB FloppyInterface Command)。從控制端口0傳送到設(shè)備，命令塊被分為無(wú)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)進(jìn)、數(shù)據(jù)出3種類(lèi)型。主機(jī)將以指定類(lèi)請(qǐng)求ADSC開(kāi)始命令傳輸，接著在控制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)階段傳輸命令塊。指定類(lèi)請(qǐng)求命令包如表1所列。

    對(duì)于CBI設(shè)備來(lái)說(shuō)，主機(jī)每次發(fā)送UFI命令塊前都必須由指定類(lèi)請(qǐng)求ADSC引導(dǎo)，否則設(shè)備不識(shí)別。以下是發(fā)送一組UFI命令響應(yīng)的過(guò)程舉例：

   
    在主機(jī)命令發(fā)送得到接收正確響應(yīng)ACK(確認(rèn)接收)后，設(shè)備會(huì)從端口3自動(dòng)返回2字節(jié)狀態(tài)碼，用于主機(jī)產(chǎn)生中斷(中斷不是必須)，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)如下：

    
    命令發(fā)送全過(guò)程完畢，當(dāng)需要數(shù)據(jù)輸入／輸出時(shí)，設(shè)置主機(jī)發(fā)送IN／OUT PID請(qǐng)求，設(shè)備按照請(qǐng)求通過(guò)BULK-IN／OUT端口傳輸數(shù)據(jù)，每次發(fā)送的字節(jié)數(shù)根據(jù)設(shè)備描述符所定義的端口最大吞吐量。
1．2 CBI設(shè)備描述符及枚舉過(guò)程
    按照USB協(xié)議，所有USB設(shè)備接入主機(jī)后，主機(jī)進(jìn)行設(shè)備枚舉，識(shí)別此設(shè)備屬于USB范疇的哪一類(lèi)，以及該類(lèi)型中的哪一子類(lèi)；然后對(duì)此設(shè)備進(jìn)行配置，直到該設(shè)備能進(jìn)行正確讀寫(xiě)。這些枚舉信息都已固化在USB設(shè)備中，主機(jī)只進(jìn)行提取操作。
    CBI協(xié)議存儲(chǔ)設(shè)備支持很多描述符，主要且必須支持下列USB描述符：
    ①設(shè)備描述符(device descriptor)
    ②配置描述符(configuration descriptor)
    ③接口描述符(interface descriptor) CBI存儲(chǔ)設(shè)備至少應(yīng)支持1個(gè)數(shù)據(jù)接口。
    ④端點(diǎn)描述符(endpoint descriptor) 除用作初始化和命令傳輸?shù)目刂贫丝贓ndpoint 0外，CBI存儲(chǔ)設(shè)備還必須支持批量輸入、批量輸出、中斷3種端點(diǎn)，配置、接口、端口描述符是在主機(jī)一次請(qǐng)求時(shí)接收的。
    當(dāng)某設(shè)備描述符被識(shí)別為mass storage device類(lèi)CBI設(shè)備子類(lèi)后，主機(jī)進(jìn)行第2次枚舉，對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)配置和初始化。具體枚舉過(guò)程通過(guò)第1次枚舉所配置的端口，發(fā)送相關(guān)請(qǐng)求命令，進(jìn)行初始化的數(shù)據(jù)輸入／輸出。具體函數(shù)及功能如下：
   

2 USB 軟驅(qū)主機(jī)程序設(shè)計(jì)
2．1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹
    開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要包括：
    ①M(fèi)CU S3C24IOA(繡花機(jī)主芯片)
    ②USB芯片 SL811HS
    ③開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 嵌入式C語(yǔ)言
    ④編譯環(huán)境 CodeWarrior for ARM Developer SuiteVl．2
    ⑤仿真器 Magic-ICE
    ⑥USB軟驅(qū)類(lèi)型 SONY MPF82E-U1磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器
2．2．1 USB設(shè)備的枚舉
    USB軟驅(qū)首先要進(jìn)行設(shè)備枚舉，主機(jī)通過(guò)控制端口0向設(shè)備發(fā)送DeviceRequest命令。DeviceRequest命令主要有Get_Descriptor，Set_Address，Set_Config，Set_Interface等，而Get_Descriptor描述符又可分為Device_Descriptor、Configuration_Descriptor、Interface_Descrip-tor、Endpoint_Descriptor，枚舉階段所有的請(qǐng)求都是基于setup ID。根據(jù)不同的請(qǐng)求命令，配置相應(yīng)的協(xié)議棧。以下是配置接收描述符的部分參數(shù)，以設(shè)備描述符為例：

   
    配置請(qǐng)求參數(shù)完成以后，利用USB數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)usbXfer()來(lái)傳輸該請(qǐng)求。usbXfer()必須完全遵循USBl．1協(xié)議。該函數(shù)具體算法流程如圖1所示。

2．2．2 大容量存儲(chǔ)設(shè)備的枚舉
    此階段任務(wù)的中心是對(duì)主機(jī)發(fā)送UFI命令的處理。ADSC請(qǐng)求是UFI命令的前導(dǎo)，通過(guò)控制端口0以setup數(shù)據(jù)包發(fā)送，接著仍通過(guò)端口0以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送UFI命令包。命令包均為12字節(jié)，發(fā)送前暫存在ufi[]數(shù)組中。以CBI_Read(unsigned long lba，unsigned charlen，unsigned char* pBuffer)函數(shù)為例敘述命令發(fā)送過(guò)程，其他枚舉函數(shù)實(shí)現(xiàn)基本原理相同。CBI_Read()函數(shù)讀取扇區(qū)數(shù)據(jù)到指定數(shù)組，源程序如下：

    該程序段成功返回標(biāo)志著所發(fā)指令執(zhí)行正常，且最后讀寫(xiě)USB軟驅(qū)首扇區(qū)數(shù)據(jù)正確。
2．3 繡花機(jī)花版文件讀取
    實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)磁盤(pán)首扇區(qū)數(shù)據(jù)功能，可以結(jié)合上層FAT文件系統(tǒng)讀取磁盤(pán)中的花版文件。FAT文件系統(tǒng)中所有文件都作為鏈表存在，在文件系統(tǒng)的文件目錄項(xiàng)中標(biāo)明了文件的一些相關(guān)信息，如文件名、擴(kuò)展名、文件屬性、修改時(shí)間、起始簇號(hào)(簇是文件系統(tǒng)中的最小讀寫(xiě)單位，一般為32字節(jié))，如表2所列。

    由于文件是以簇鏈的形式存在，所以可以根據(jù)起始簇號(hào)設(shè)計(jì)程序來(lái)讀取磁盤(pán)中該文件的所有簇?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)而抓取所需花版文件。

結(jié) 語(yǔ)
    CBI協(xié)議和BULKONLY協(xié)議是當(dāng)今USB大容量存儲(chǔ)設(shè)備使用最多的傳輸方式。兩種方式各有特點(diǎn)，本文只詳細(xì)講解了CBI傳輸應(yīng)用到USB軟驅(qū)上的實(shí)現(xiàn)方法和原理。這方面內(nèi)容屬于USB協(xié)議中很重要的子協(xié)議，可應(yīng)用到USB通信設(shè)計(jì)中。開(kāi)發(fā)人員可以借鑒CBI傳輸模式的諸多優(yōu)點(diǎn)實(shí)施高質(zhì)量高速率的數(shù)據(jù)傳輸。