在嵌入式系統(tǒng)中提高U盤(pán)訪問(wèn)兼容性的幾種措施

摘要： 本文介紹了USB產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)輔助工具協(xié)議分析軟件Bus Hound和周立公公司提供的USB總線抓取和協(xié)議分析系統(tǒng)USB Anaslyst-I。再以筆者開(kāi)發(fā)的單片機(jī)＋USB接口芯片(SL811HS)系統(tǒng)為例，詳細(xì)分析了提高U盤(pán)訪問(wèn)兼容性的幾種措施。利用此措施，可以大大提高讀寫(xiě)U盤(pán)的成功率并且兼容所有目前各大廠商的各種U盤(pán)。

關(guān)鍵詞：  U盤(pán)；Bus Hound；SL811HS

引言

隨著USB規(guī)范的完善和成熟，USB外設(shè)的種類(lèi)不斷豐富，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前U盤(pán)幾乎成了我們?nèi)粘９ぷ鞯谋貍涞囊苿?dòng)存儲(chǔ)工具。隨著嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的日益增長(zhǎng)，USB外設(shè)的應(yīng)用范圍也隨之?dāng)U大，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)USB外設(shè)控制尤其是對(duì)U盤(pán)的操作也變得必不可少。筆者在開(kāi)發(fā)U盤(pán)支持功能時(shí)，最初是選用的朗科的U216(128M)的U盤(pán)，并調(diào)試成功?？蓳Q了朗科的另外一款u200(128M)的U盤(pán)就識(shí)別不了。再試驗(yàn)愛(ài)國(guó)者的幾款U盤(pán)也出現(xiàn)了類(lèi)似的兼容性問(wèn)題。但是這些U盤(pán)在PC機(jī)(安裝windows2000)上又都操作正常。這說(shuō)明筆者這個(gè)系統(tǒng)對(duì)U盤(pán)的操作存在兼容性問(wèn)題。目前市場(chǎng)上的U盤(pán)的生產(chǎn)制造商不下幾十個(gè)，而且每個(gè)品牌又包含十幾甚至幾十種。那么如何使U盤(pán)在嵌入式系統(tǒng)上操作就如同在PC機(jī)上使用一樣，不存在兼容性問(wèn)題？以下章節(jié)將詳細(xì)分析并給出相應(yīng)的措施。

常用的USB開(kāi)發(fā)工具

談到USB產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，不得不涉及一些好用的輔助工具。利用這些工具會(huì)使開(kāi)發(fā)取得事半功倍的效果。

Bus Hound5.0軟件

Bus Hound是純粹的軟件產(chǎn)品，它是通過(guò)抓取scsi驅(qū)動(dòng)層的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析。它可以用來(lái)分析USB總線數(shù)據(jù)協(xié)議、捕獲IO動(dòng)作等。同時(shí)也可以傳送用戶編寫(xiě)的命令進(jìn)行調(diào)試。操作界面如圖1所示，使用步驟如下。

圖1  Bus Hound 5.0操作界面

(1) 啟動(dòng)軟件，將USB設(shè)備插入U(xiǎn)SB口；
(2) 在DEVICE內(nèi)選擇設(shè)備,例如我的設(shè)備是一個(gè)USB電話,則設(shè)備為USB  COMPOSITE DEVICE,選中該設(shè)備,可以在下面的PROPERTIES看到設(shè)備的總線類(lèi)型,設(shè)備的電源以及各個(gè)端點(diǎn)的功能,在該設(shè)備下面還有兩個(gè)分支:USB AUDIO DEVICE 和 "USB人體學(xué)輸入設(shè)備"(這就是本設(shè)備占用的兩個(gè)接口),一樣在PROPERTIES里面可以看到他們的類(lèi)代碼為0x01和0x03；
(3) 在看完基本信息后,將上述的某個(gè)接口選中，或者全部選中；
(4) 切換到“SETTING”選項(xiàng)卡，將MAX PHASE設(shè)置為512，這樣你就可以看到完全的DESCRIPTOR和其他的數(shù)據(jù)了；
(5) 在“PHASE TO CAPTURE”里面的幾個(gè)和USB相關(guān)的選項(xiàng)如下:
CDB:命令描述符塊;
CTL:USB控制傳輸;
DI/D數(shù)據(jù)輸入/輸出;
LEN:數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;
INSOC:同步傳輸;
RSET:總線復(fù)位;
URB:USB請(qǐng)求塊;
USTS:USB狀態(tài)
查看USB數(shù)據(jù)傳輸就把它們都選中；
(6) 在“Coloumn to display”里面,把里面的全部打勾選中。注意，這樣要把窗體最大化才可以看見(jiàn)全部數(shù)據(jù)；
(7)在”CAPTURE”選項(xiàng)卡里面可以看到捕捉的數(shù)據(jù)了，在文本框輸入文字，再點(diǎn)旁邊的箭頭，可以查詢。按STOP，再按START可以清屏。

USB Anaslyst-I分析儀

USB Anaslyst-I是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司獨(dú)立設(shè)計(jì)的USB開(kāi)發(fā)工具，它是通過(guò)直接捕獲USB總線上的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析，是國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的USB分析工具，完全打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，價(jià)格僅為歐美同類(lèi)產(chǎn)品的幾十分之一。該分析儀完全支持USB1.1協(xié)議，界面友好(如圖2)，直接搭配個(gè)人電腦或筆記本使用，是廣大USB接口設(shè)備開(kāi)發(fā)工程師的得力助手。

圖2  USB Anaslyst-I分析儀界面 

主要功能特點(diǎn)：
可對(duì)HID類(lèi)設(shè)備和大容量設(shè)備類(lèi)的分析解碼；
事務(wù)級(jí)別視圖和傳輸控制級(jí)別視圖；
分組、事務(wù)、傳輸有效率統(tǒng)計(jì)功能；
在線升級(jí)功能；
鋁質(zhì)外觀，體積小，重量輕，方便攜帶；
兩種供電方式，滿足各種計(jì)算機(jī)的要求；
USB2.0傳輸接口，支持Windows 98、2000、XP等操作系統(tǒng)；
全面支持USB1.1全速、低速數(shù)據(jù)采集分析；
支持PID或人工多種觸發(fā)條件選擇；
USB總線數(shù)據(jù)自動(dòng)跟蹤,確保數(shù)據(jù)完整無(wú)誤；
同時(shí)具有USB總線錯(cuò)誤分析和傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)誤分析功能；
隨意定義1～99Mbyte的采集容量；
強(qiáng)大搜索功能,可以隨意查找錯(cuò)誤幀或指定數(shù)據(jù)；
USB協(xié)議解碼功能,數(shù)據(jù)閱讀更加輕松；
空閑時(shí)間統(tǒng)計(jì)功能,數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程一目了然；
完善的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能,帶寬利用隨手可得。

MCU(80386EX)+SL811HS應(yīng)用電路

筆者開(kāi)發(fā)的是用于工業(yè)控制的觸摸屏系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有主USB接口，可訪問(wèn)U盤(pán)。觸摸屏的主CPU選用了Intel公司的 80386EX 32位處理器。這款嵌入式芯片集成了2片8259中斷控制器，3片8254定時(shí)/計(jì)數(shù)器，8個(gè)片選，1個(gè)32位Watchdog,2個(gè)異步串口，1個(gè)同步串口，2個(gè)DMA通道。而且與x86系列的指令完全兼容。主控USB接口芯片選用Cypress的SL811HS。它是一個(gè)嵌入式的USB 主/從控制器?？梢院透鞣N微處理器、微控制器、DSP進(jìn)行接口。SL811HS主控制器完全兼容USB1.1標(biāo)準(zhǔn)。圖3是一個(gè)利用SL811HS來(lái)訪問(wèn)U盤(pán)的應(yīng)用電路。其中USBRD、USBWR、CS5#、A0、INT7是與MCU的接口信號(hào)。

圖3  U盤(pán)訪問(wèn)控制電路

提高SL811HS讀寫(xiě)U盤(pán)兼容性的措施

復(fù)位SL811HS后應(yīng)適當(dāng)增加延時(shí)時(shí)間

當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，以及插入或拔出U盤(pán)時(shí)都需要復(fù)位(reset)SL811HS芯片，來(lái)重新更新端口狀態(tài)。初始化流程如下所示。注意在復(fù)位并初始化完SL811HS芯片和讀總線狀態(tài)之間需適當(dāng)加長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間。因?yàn)楫?dāng)插入不同的U盤(pán)時(shí)總線的穩(wěn)定時(shí)間會(huì)有差別。如果延時(shí)較短，則有一些U盤(pán)就識(shí)別不到了，一般延時(shí)100ms就足夠了。下面給出相關(guān)代碼的描述。

SL811Write(CtrlReg,0x08);       // 復(fù)位SL811HS
SL811Write(CtrlReg,0x00);        // 設(shè)置SL811HS到正常操作模式
SL811Write(IntStatus,INT_CLEAR); // 清中斷使能狀態(tài)
/* 修改華旗 不能識(shí)別的問(wèn)題*/
/*原程序開(kāi)始*/
//EZUSB_Delay(10);    // 延時(shí)等待硬件穩(wěn)定
/*原程序結(jié)束*/
/*修改后程序開(kāi)始*/  
   EZUSB_Delay(100);                   // 增加延時(shí)等待硬件穩(wěn)定
   /*修改后程序結(jié)束*/
      uIntStatus=SL811Read(IntStatus);    //讀SL811HS的狀態(tài)

設(shè)置配置(set configuration)處理不完整

應(yīng)該在配置這個(gè)語(yǔ)句后面加上一個(gè)設(shè)置接口(set_interface)。Bus Hound軟件每次枚舉U盤(pán)的時(shí)候，先是set_configuration然后是 set_interface，筆者從中得到啟發(fā)，實(shí)際協(xié)議上并沒(méi)有這樣的規(guī)定，這樣做的原因在于國(guó)內(nèi)的有些U盤(pán)生產(chǎn)廠商，照搬微軟Windows操作系統(tǒng)的做法，Windows是每次都要這樣做的，所以U盤(pán)廠商在寫(xiě)固件的時(shí)候，就也要讓主機(jī)必需進(jìn)行接口設(shè)置。

端點(diǎn)被禁用后需進(jìn)行一系列復(fù)位處理

有些U盤(pán)在進(jìn)行完查詢(inquiry)命令后，在讀容量(read_capability)時(shí)端點(diǎn)被禁用，筆者從Bus Hound中受到了啟發(fā)，Bus Hound 的做法是有一個(gè)復(fù)位(reset)的過(guò)程，具體的命令就是清除端口(clear_feacture)，執(zhí)行完這個(gè)命令后，讀容量時(shí)端點(diǎn)就不會(huì)被禁用了。具體的軟件流程如圖4所示。

圖4 端點(diǎn)被禁用后的復(fù)位操作

每條scsi命令失敗后需要進(jìn)行多次重發(fā)處理

在插入U(xiǎn)盤(pán)后，在執(zhí)行讀容量命令時(shí)，在命令的查詢狀態(tài)(csw)階段總是返回錯(cuò)誤。連續(xù)讀5次依然是返回錯(cuò)誤。又是借助Bus Hound，發(fā)現(xiàn)PC機(jī)上執(zhí)行相應(yīng)的命令時(shí)，若命令返回錯(cuò)誤，它會(huì)連續(xù)發(fā)送幾十次直到操作正常。原來(lái)部分U盤(pán)對(duì)部分scsi命令(如read_capability，read10，write10)等的響應(yīng)非常慢。所以可以通過(guò)增加重復(fù)讀取的次數(shù)來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題。筆者最后設(shè)置了100次。即重復(fù)發(fā)送100次此命令都返回錯(cuò)誤則認(rèn)為操作U盤(pán)失敗。詳細(xì)流程如圖5所示。

圖5  SCSI命令失敗后增加復(fù)發(fā)讀取操作

結(jié)語(yǔ)

以MCU(386EX)+ SL811HS系統(tǒng)為平臺(tái)，借助USB協(xié)議分析軟件Bus Hound和硬件系統(tǒng)Anaslyst-I分析儀，分析了U盤(pán)操作失敗的原因，并給出了相應(yīng)的措施。通過(guò)對(duì)目前市場(chǎng)上主要的幾十款U盤(pán)(包括愛(ài)國(guó)者、朗科、索尼、三星等等)的測(cè)試均正常。目前本系統(tǒng)已經(jīng)批量使用半年時(shí)間，未出現(xiàn)任何不兼容U盤(pán)的問(wèn)題。
　　
參考文獻(xiàn)：

1 張念淮，江浩等， USB總線接口開(kāi)發(fā)指南. 國(guó)防工業(yè)出版社，2001
2 USB Mass Storage Class -Bulk Only Transport,1999
3 USB Mass Storage Class-UFI Command Specification,1998