嵌人式操作系統(tǒng)中USB雙向通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

usb作為一種串行通信總線，在嵌入式系統(tǒng)與pc機(jī)通信中有著廣泛的應(yīng)用。ill=j=usb總線是主從式結(jié)構(gòu)，通常采用主從式通信方式。這種方式的缺點(diǎn)在于從設(shè)備只能被動(dòng)響應(yīng)來(lái)自主設(shè)備的請(qǐng)求，不能主動(dòng)發(fā)起請(qǐng)求，因而在交互性上受到了限制。但隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)交互性操作要求越來(lái)越迫切，而采用usb雙向通信可以很好地解決上述問(wèn)題。本文介紹一種基于s1c33l11芯片利用嵌入式操作系統(tǒng)的同步機(jī)制通過(guò)對(duì)循環(huán)隊(duì)列及自定義控制包的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向通信的方法。

1嵌入式操作系統(tǒng)中usb雙向通信系統(tǒng)整體層次結(jié)構(gòu)

嵌入式操作系統(tǒng)中usb雙向通信系統(tǒng)整體層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3 usb雙向通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文usb雙向通信在基本傳輸方式上采用usb塊傳輸。他由usb初始化、usb中斷處理、控制傳輸和塊傳輸幾部分組成。在實(shí)現(xiàn)雙向通信上，具體通信機(jī)制是：嵌入式應(yīng)用程序通過(guò)讀寫循環(huán)隊(duì)列和信號(hào)量狀態(tài)與usb硬件模塊中的out和in fifo相互通信，而usb下位機(jī)與上位機(jī)(pc)的讀寫通信則通過(guò)上位機(jī)對(duì)控制包的讀寫來(lái)實(shí)現(xiàn)，最后通過(guò)循環(huán)隊(duì)列、信號(hào)量、控制包3者結(jié)合達(dá)到usb雙向通信的目的。

3．1 usb雙向通信固件程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1)循環(huán)隊(duì)列

采用in傳輸一個(gè)循環(huán)隊(duì)列，out傳輸一個(gè)循環(huán)隊(duì)列(以下簡(jiǎn)稱隊(duì)列)，每隊(duì)列動(dòng)態(tài)分配32 kb。out隊(duì)列做為out傳輸時(shí)的二級(jí)緩沖，即out輸時(shí)fl~fifo的數(shù)據(jù)必須先放人out隊(duì)列才能由嵌入式操作系統(tǒng)讀寫；in隊(duì)列做為in傳輸時(shí)的二級(jí)緩沖，即in傳輸時(shí)的fifo數(shù)據(jù)必須來(lái)自in隊(duì)列；嵌入式操作系統(tǒng)只對(duì)二級(jí)緩沖進(jìn)行讀寫，操作系統(tǒng)對(duì)隊(duì)列的管理是采用信號(hào)量通知機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2)控制包

為實(shí)現(xiàn)雙向通信，規(guī)定一種控制包格式，讀控制包是在usb協(xié)議之外自定義的?？刂瓢潭?字節(jié)。從左到右第一字節(jié)為狀態(tài)字，剩下4字節(jié)傳送要收發(fā)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。當(dāng)控制包由上位機(jī)發(fā)出時(shí)，狀態(tài)字規(guī)定有3種：0x4f：上位機(jī)請(qǐng)求out傳輸，0x49：上位機(jī)請(qǐng)求in傳輸，0x52：上位機(jī)請(qǐng)求讀取下位機(jī)狀態(tài)；當(dāng)上位機(jī)收到控制包時(shí)，狀態(tài)字規(guī)定有5種：0x00：usb空閑態(tài)，0x01：下位機(jī)out循環(huán)隊(duì)列滿(i~pout超時(shí))，0x02：下位機(jī)in循環(huán)隊(duì)列空(即in超時(shí))，0x04：out傳送成功，0x08：in傳送成功。(3)嵌入式操作系統(tǒng)端應(yīng)用程序讀寫usb過(guò)程

讀函數(shù)：void readusb(unsigned char *readbuffer，dword size)函數(shù)：

功能：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序通過(guò)usb接口讀取上位機(jī)(pc)的數(shù)據(jù)。
參數(shù)說(shuō)明：unsigned char*readbuffer存放數(shù)據(jù)的指針，dword size為要讀出的數(shù)據(jù)的尺寸(單位：b)。

實(shí)現(xiàn)過(guò)程：首先判斷循環(huán)隊(duì)列是否為空，不為空則判斷自身信號(hào)量是否可用，若可用，則從隊(duì)列中讀取一字節(jié)，每讀一字節(jié)后向usb任務(wù)中的bulkoutget函數(shù)(直接讀取out的fifo函數(shù))發(fā)出一個(gè)信號(hào)量，通知bulkoutget函數(shù)隊(duì)列此時(shí)可以向out循環(huán)隊(duì)列中寫入數(shù)據(jù)，接著重新判斷，依次逐字節(jié)從out循環(huán)隊(duì)列中讀取數(shù)據(jù)，直到讀完要求數(shù)據(jù)大小為止。當(dāng)循環(huán)隊(duì)列為空時(shí)，首先發(fā)一個(gè)信號(hào)量，通知bulkoutget函數(shù)應(yīng)向本隊(duì)列中寫入數(shù)據(jù)了，然后復(fù)位自身信號(hào)量，接著調(diào)用等待信號(hào)量的函數(shù)，直到信號(hào)量到時(shí)才接著讀取。若超時(shí)，則向嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)出超時(shí)通知，同時(shí)通過(guò)向控制包中寫入超時(shí)狀態(tài)(ox01)來(lái)向上位機(jī)(pc)發(fā)出超時(shí)信號(hào)。

寫函數(shù)：void writeusb(unsigned char*writebuffer，dword size)函數(shù)：功能：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序通過(guò)usb接口向上位機(jī)(pc)發(fā)送數(shù)據(jù)。
參數(shù)說(shuō)明：unsigned char*writebuffer存放數(shù)據(jù)的指針，dword size為要寫入的數(shù)據(jù)的尺寸(單位：b)。

實(shí)現(xiàn)過(guò)程：首先判斷循環(huán)隊(duì)列是否滿，不為滿則判斷自身信號(hào)量是否可用，若可用，則向隊(duì)列中寫入一字節(jié)，每寫入一字節(jié)后向usb任務(wù)中的bulkindataset(直接寫in的f．ifo函數(shù))函數(shù)發(fā)出一個(gè)信號(hào)量通知此函數(shù)此時(shí)可以從in循環(huán)隊(duì)列中讀取數(shù)據(jù)；然后接著重新判斷依次逐字節(jié)向in循環(huán)隊(duì)列寫人數(shù)據(jù)，直到寫完要求數(shù)據(jù)大小的數(shù)據(jù)為止。當(dāng)循環(huán)隊(duì)列滿時(shí)，先發(fā)一個(gè)信號(hào)量通知bulkindataset函數(shù)應(yīng)從隊(duì)列中取走數(shù)據(jù)，再?gòu)?fù)位自身信號(hào)量，接著調(diào)用等待信號(hào)量的函數(shù)，直到信號(hào)量到時(shí)才接著寫入，若超時(shí)，則向嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)出超時(shí)通知，同時(shí)通過(guò)向控制包中寫入超時(shí)狀態(tài)(0x02)來(lái)(pc)發(fā)出超時(shí)信號(hào)。

(4)usb塊傳輸函數(shù)

usb塊傳輸函數(shù)是直接和usb硬件打交道的函數(shù)，他們直接讀取in和out傳輸通道的fifo。void bulkindataset(void)：其功能是in傳輸過(guò)程，即從in循環(huán)隊(duì)列中讀取數(shù)據(jù)并向in fifo中寫入數(shù)據(jù)，再對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)信號(hào)量做相應(yīng)處理。

void bulkoutdataget(void)其功能是out傳輸過(guò)程，即從out fifo中讀出數(shù)據(jù)并向out循環(huán)隊(duì)列中寫人數(shù)據(jù)，再對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)信號(hào)量做相應(yīng)處理。

(5)嵌入式操作系統(tǒng)usb任務(wù)調(diào)用函數(shù)void systemlnit(void)：mcu初始化(微處理器各控制寄存器和狀態(tài)初始化過(guò)程)
void usbinit(void)：usb初始化(包括對(duì)循環(huán)隊(duì)