嵌入式系統(tǒng)中USB主機控制器的實現(xiàn)

通用串行總線(usb)接口具有簡單靈活、高帶寬、易于擴展和熱插拔等優(yōu)點,它目前已成為數(shù)碼設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口之一,小到u盤、mp3,大到數(shù)碼相機、打印機,usb接口的身影無處不在。但我們目前所使用的usb移動設(shè)備多為usb的外設(shè)(device) , 比如usb的移動硬盤、usb接口的數(shù)碼相機,一般只能在pc上使用,即只能通過pc實現(xiàn)文件和數(shù)據(jù)的交換。 　　業(yè)界和用戶的需求呼喚usb主機的嵌入式化,因此在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)usb主機功能成了usb設(shè)計領(lǐng)域的熱點之一。 　　迄今為止,嵌入式usb主機的最大市場和增長點在移動消費電子設(shè)備領(lǐng)域, 比如pda與usb記憶棒傳遞數(shù)據(jù)、mp3之間傳遞歌曲、數(shù)碼相機連接打印機等。 　　嵌入式usb主機也逐漸用于工業(yè)測控領(lǐng)域,用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和交換。原來數(shù)據(jù)采集和交換大多是使用軟盤、串行接口(rs232/rs485)或以太網(wǎng)等方式。軟盤存儲容量小、可靠性差,而串行接口或以太網(wǎng)都需要布線施工,接入成本大,而且不具備移動性?，F(xiàn)在,越來越多的嵌入式系統(tǒng)采用通過usb總線連接的測控設(shè)備。 usb控制器isp1161簡介 一個usb系統(tǒng)一般由一個usb主機(host)、一個或多個usb集線器(hub)和一個或多個usb設(shè)備節(jié)點(node)組成。usb協(xié)議規(guī)定了usb主機與usb設(shè)備的主從關(guān)系,所以usb接口產(chǎn)品的應(yīng)用離不開usb主機的開發(fā)。usb主機是包含usb軟件驅(qū)動和usb主機硬件功能接口的計算機系統(tǒng)實體。usb主機硬件是指usb主機控制器,它規(guī)定了usb主機硬件接口,因而在設(shè)計usb協(xié)議棧時必須了解相關(guān)的usb主機控制器規(guī)范。 針對嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的usb主機控制器規(guī)范是康柏、微軟、松下等公司提出的ohci(開放式主機控制器接口)標(biāo)準(zhǔn)。 飛利普公司的isp1161芯片支持ohci標(biāo)準(zhǔn),它是一個符合usb2.0全速規(guī)范的單片主機控制器和設(shè)備控制器。isp1161可以僅作為主機控制器或設(shè)備控制器使用,也可以同時作為主機和設(shè)備控制器使用。 isp1161可分為四大功能模塊： 1)主機控制器模塊：實現(xiàn)主機控制器的功能。提供兩個下行端口,每個下行端口都有自己的過流檢測輸入管腳和電源轉(zhuǎn)換控制輸出管腳。 2)設(shè)備控制器模塊：實現(xiàn)設(shè)備控制器的功能。提供一個上行端口,有其自身的vbus檢測輸入管腳。 3)微處理器接口模塊：兩個usb控制器共用一個微處理器總線接口,它們有相同的數(shù)據(jù)總線,i/o地址不同。它們也有各自的中斷請求輸出管腳和獨立的dma通道。 　　4)電源調(diào)整和上電復(fù)位模塊：除了可以軟件復(fù)位外,還可以通過reset_n管腳實現(xiàn)硬件復(fù)位。isp1161只接受5v或3.3v的電壓,當(dāng)輸入5v電壓時,電源調(diào)整器會將其調(diào)整為3.3v。 　　isp1161 主機控制器子模塊的功能框圖示于圖1,主機控制器的下行端口可與任意一個符合usb 規(guī)范的usb 設(shè)備和包含usb 上行端口的usb 集線器相連。類似地,設(shè)備控制器的上行端口可與任意一個符合usb 規(guī)范的usb主機和包含usb 下行端口的usb 集線器相連。 　　相關(guān)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu) 　　本文涉及的嵌入式系統(tǒng)是一個指紋驗證系統(tǒng),其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)采用英特爾公司的32位400mhz微處理器pxa255以滿足指紋識別系統(tǒng)計算量大的需要,pxa255具有豐富的外圍接口,如：lcd控制器、串口、cf卡接口、usb客戶端口,但 沒有usb 主機控制器。此外,硬件平臺還包括存儲模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、usb模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和調(diào)試及下載接口模塊,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
　　32位微處理器pxa255中央處理器結(jié)合一個51單片機完成對整個系統(tǒng)的控制操作。8m的flash和32m的sdram用作存儲模塊。具有usb設(shè)備接口的富士通公司指紋傳感器芯片mbf200實現(xiàn)對指紋數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換。通過usb主機接口實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與usb設(shè)備——mbf200之間的通信。鑒于該指紋驗證系統(tǒng)要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,因而配置了cf接口無線網(wǎng)卡。通過pxa255本身的串口控制器與pc通信,用于調(diào)試和下載windows ce鏡像文件。人機交互用于顯示運行結(jié)果和注冊/增刪指紋數(shù)據(jù)。