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，控制繡花機(jī)機(jī)頭進(jìn)行繡花動作，目前廣泛利用USB接口讀取花版文件。USB協(xié)議對所有USB設(shè)備進(jìn)行分類，同類型的設(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)議又劃分了子類設(shè)備，進(jìn)一步區(qū)分相同類設(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。對于USB大容量存儲設(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盤存儲設(shè)備；而CBI協(xié)議由于具有中斷傳輸?shù)奶匦?，主要?yīng)用在USB硬盤及工業(yè)上普遍使用的USB軟盤驅(qū)動器，目前，在繡花機(jī)的使用過程中也需要磁盤讀寫花版文件，這樣的好處是保密性強(qiáng)、可隨時更換，可以作為U盤的很好補(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盤設(shè)備采用2個傳輸端口有明顯區(qū)別?？刂贫丝?主要用來在主機(jī)和設(shè)備間傳送USB標(biāo)準(zhǔn)命令和對硬盤的控制命令集，批量輸入端口1和批量輸出端口2用來傳輸大量塊數(shù)據(jù)，中斷端口3用來返回命令的發(fā)送狀態(tài)用于主機(jī)產(chǎn)生中斷。
1．1 數(shù)據(jù)傳輸過程
    在對設(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，命令塊被分為無數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)進(jìn)、數(shù)據(jù)出3種類型。主機(jī)將以指定類請求ADSC開始命令傳輸，接著在控制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)階段傳輸命令塊。指定類請求命令包如表1所列。

    對于CBI設(shè)備來說，主機(jī)每次發(fā)送UFI命令塊前都必須由指定類請求ADSC引導(dǎo)，否則設(shè)備不識別。以下是發(fā)送一組UFI命令響應(yīng)的過程舉例：

   
    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)備會從端口3自動返回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)送全過程完畢，當(dāng)需要數(shù)據(jù)輸入／輸出時，設(shè)置主機(jī)發(fā)送IN／OUT PID請求，設(shè)備按照請求通過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，識別此設(shè)備屬于USB范疇的哪一類，以及該類型中的哪一子類；然后對此設(shè)備進(jìn)行配置，直到該設(shè)備能進(jìn)行正確讀寫。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存儲設(shè)備至少應(yīng)支持1個數(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)一次請求時接收的。
    當(dāng)某設(shè)備描述符被識別為mass storage device類CBI設(shè)備子類后，主機(jī)進(jìn)行第2次枚舉，對設(shè)備進(jìn)行相關(guān)配置和初始化。具體枚舉過程通過第1次枚舉所配置的端口，發(fā)送相關(guān)請求命令，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 開發(fā)平臺介紹
    開發(fā)平臺主要包括：
    ①M(fèi)CU S3C24IOA(繡花機(jī)主芯片)
    ②USB芯片 SL811HS
    ③開發(fā)語言 嵌入式C語言
    ④編譯環(huán)境 CodeWarrior for ARM Developer SuiteVl．2
    ⑤仿真器 Magic-ICE
    ⑥USB軟驅(qū)類型 SONY MPF82E-U1磁盤驅(qū)動器
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，枚舉階段所有的請求都是基于setup ID。根據(jù)不同的請求命令，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：

   
    配置請求參數(shù)完成以后，利用USB數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)usbXfer()來傳輸該請求。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 大容量存儲設(shè)備的枚舉
    此階段任務(wù)的中心是對主機(jī)發(fā)送UFI命令的處理。ADSC請求是UFI命令的前導(dǎo)，通過控制端口0以setup數(shù)據(jù)包發(fā)送，接著仍通過端口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)讀寫磁盤首扇區(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、修改時間、起始簇號(簇是文件系統(tǒng)中的最小讀寫單位，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)起始簇號設(shè)計(jì)程序來讀取磁盤中該文件的所有簇?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)而抓取所需花版文件。

結(jié) 語
    CBI協(xié)議和BULKONLY協(xié)議是當(dāng)今USB大容量存儲設(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。