通用串行總線在分組無線網中的應用

分組無線網（PRN） 分組無線網絡控制單元（PRU）

分組無線網（PRN）是一種新型的無線通信網絡，是利用分組交換技術共享無線信道的數字通信網絡。它采用先進的網絡通信協議、動態(tài)的網絡拓撲組織，使網絡具有信道利用率高、組建方便和多跳轉換覆蓋面廣等特點。分組無線網與一般計算機通信網、廣域分級無線網和傳統(tǒng)的局域網相比，具有機動靈活、組網迅速和抗毀能力強等特點。分組無線網絡控制單元（PRU）是分組無線網中的核心設備，它與計算機（數據終端）相連接，進行收發(fā)數據交換。計算機可以向PRU發(fā)送網絡控制命令，也可以設置或查看設備與網絡的狀態(tài)。傳統(tǒng)的方法是采用RS-232口進行通信，傳輸速度十分有限，難以對高速、批量的數據進行快速響應，這使分組無線網的發(fā)展受到了限制。隨著通用串行總線（Universal Serial Bus）技術的不斷完善，使得在計算機與PRU之間建立高速且通暢的通信線路成為可能。采用USB接口來替換RS-232接口，從而使上述問題得以有效解決，并為以后PRN與IP網互聯時的大量數據

高速傳送奠定了基礎。

1 USB接口的特點

USB（Universal Serial Bus）即“通用串行總線”，是一種應用在PC領域的表型總線接口技術，由Intel、Microsoft、NEC等公司共同提出。這是一種新規(guī)格的外接串聯口，提出該規(guī)格的廠商希望用USB來取代現有的外接設備接口，它還具備連接單一化、軟件自動偵測以及熱插拔的功能，即插即用。它具有以下特點：

（1）使用方便。使用USB接口可以連接多個不同的設備，所以外設都在機箱外連接，允許外設熱插拔。USB智能能識別USB鏈上外圍設備的接入或拆卸。在軟件方面，為USB設備的驅動程序可以自啟動，無需用戶干預，USB設備能真正做到“即插即用”。
（2）速度更快。USB接口的數據傳輸速度有全速（12Mbps）和低速（1.5Mbps）兩種，在最新版本的標準USB2.0中定義的接口傳輸速率已達480Mbps。
（3）獨立供電。USB接口提供了內置電源，采用總線供電的USB設備可獲得5V電壓和最大500mA的電流。這對一些耗電較小的設備非常有利，可以省去相對龐大的電源系統(tǒng)。

基于以上特點，尤其是速度方面的顯著優(yōu)勢，USB得到了越來越廣泛的應用?，F在，大多數新PC都裝備有兩個USB端口，并且已經在PC機的多種外設上得到應用。

2 USB工作原理

2.1 USB通信模塊分層結構

USB通信模塊的基本流圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，主機到設備的連接由多層鏈接組成。USB總線接口層提供了主機與設備之間物理/信令/包的連接；系統(tǒng)軟件基于USB設備層來完成對設備的一般操作；功能層通過相應的客戶軟件向主機提供一些附加功能。USB設備層和功能層各自的內部通信是邏輯上的，它們實際的物理通信都是通過USB總線接口層完成的。

2.2 數據傳輸方式

數據通過USB在主機與設備之間傳送。USB規(guī)范極據不同數據的特點規(guī)定了USB支持的四種數據傳輸方式：

（1）控制傳輸方式。該方式用來進行外設與主機之間的控制、狀態(tài)、配置等信息的傳輸，為外設與主機之間提供一個控制通道。每種外設都支持控制傳輸類型，這樣主機PC與外設之間就可以傳送配置和命令/狀態(tài)信息。
（2）等時傳輸方式。該方式用來連接需要連續(xù)傳輸的數據，且對數據的正確性要求不高而對時間極為敏感的外部設備，如麥克風、電話等。以固定的傳輸速率，連續(xù)不斷地在主機與USB之間傳輸數據。在傳送數據發(fā)生錯誤時，USB并不處理這些錯誤，而是繼續(xù)傳送新的數據。
（3）中斷傳輸方式。該方式傳送的數據數量很小，但這些數據需要及時算是，以達到實時效果。此方式主要用在鍵盤、鼠標以及操縱桿等設備上。
（4）批傳輸方式。該方式用于傳輸要求正確無誤但無帶寬和時間要求的數據。通常打印機、掃描儀和數字相機以這種方式與主機聯接。

USB設備的各個端點可以在設備開發(fā)時根據需要設置為相應的傳輸方式。分組無線網絡控制單元（PRU）與計算機之間的通信要求大量數據的無差錯傳輸，對時間間隔沒有嚴格要求，所以選用批傳輸方式。

3 USB接口技術在分組無線網絡控制單元（PRU）上的應用

為了將PRU與計算機通過USB連接，需要為PRU添加一個USB接口。目前可選用的USB接口產品有兩種：一種是集成了USB接口的單片機，采用它開發(fā)成本較高；另一種是不帶單片機的USB接口芯片。筆者選用NATIONAL SEMICONDUCTOR公司的USB接口芯片USBN9602，結合PRU本身的8051單片機，采用8051的編程語言編寫接口程序，成功而又方便地實現了PRU的USB接口。

3.1 接口芯片USBN9602

USBN9602是一個集成的USB節(jié)點控制器，它支持USB標準的1.0和1.1版本。在這個芯片上集成了帶有3.3V電壓調節(jié)器的USB收發(fā)器、串行接口引擎（SIE）、USB端點FIFO、多功能8位并行接口、MICROWIRE/PLUS接口和一個可編程的時鐘發(fā)生器。共有7個FIFO寄存器支持不同的USB消息：一個雙向的FIFO（8字節(jié)）支持命令控制端點EP0，其余六個單向的FIFO支持中斷、等時和批方式的數據傳輸。8位并行接口支持復用和非復用方式的CPU數據/地址總線。可編程中斷輸出設置允許設備根據不同中斷信號的需要進行配置。串行接口引擎包含了物理層接口（PHY）和媒體接入控制器（MAC）。其中物理層接口包括了一個EOP（包結尾）檢測電路，它可以根據總線通信協議判斷出一個包的結束；媒體接放控制器用來完成包格式化、CRC校驗碼的生成和檢測、端點地址檢測等功能，而且還為發(fā)送NAK、ACK、STALL等握手包提供必要的控制。

同時NATIONAL SEMICONDUCTOR公司還提供了USBN9603和USBN9604兩種芯片可供選擇。這兩種芯片除了時鐘產生電路的復位機制有所不同外，其他部分完全相同。而這個區(qū)別使得它們分別適用于不同的供電方式：自供電（self-powered）和總線供電（bus-powered）。USBN9603/4比USBN9602在功能方面更加完善，它們的主要區(qū)別有兩點：①USBN9603/4的晶體振蕩頻率為24MHz，USBN9602為48MHz；②USBN9603/4的6個單向FIFO均為64字節(jié)，USBN9602的6個單向FIFO分別為4個32字節(jié)和2個64字節(jié)。