USB主控芯片SL811HS的固件程序設計

摘   要：本文以Cypress公司的USB主控芯片SL811HS為例，介紹了其固件程序的設計方法。
關鍵詞：USB；固件程序；事務；端點；DSP

前言
隨著需求的發(fā)展，許多電子產品尤其是各種嵌入式設備，需要提供USB主控接口來連接如移動硬盤、U盤等USB設備以滿足應用要求。本文對Cypress公司的USB主控芯片SL811HS作了詳細介紹，并給出其固件程序的設計方法。

SL811HS芯片介紹
SL811HS是一款遵從USB1.1協(xié)議的嵌入式USB Host/Slave芯片。該芯片既能和USB低速設備進行通信，也能和USB高速設備進行通信。由于提供了8bit寬數(shù)據(jù)總線及中斷支持，使得該芯片能方便地與微處理器、微控制器以及DSP進行連接。
SL811HS能工作在Host/Slave兩種模式。在Host模式下，SL811HS為USB主控制器，在Slave模式下，SL811HS為一個USB設備。該芯片的特點主要有：能通過硬件設置或軟件設置的方法使該芯片工作在Host或Slave模式；自動探測所接設備是低速設備還是高速設備；8bit雙向數(shù)據(jù)總線；片上SIE、USB收發(fā)器；自動產生SOF令牌包，以及自動生成令牌包、數(shù)據(jù)包中所需要的CRC5/CRC16數(shù)據(jù)；內部256byte RAM，支持乒乓操作；支持SUSPEND/RESUME、WAKE UP、LOW-POWER模式。

SL811HS固件程序設計
SL811HS對一個接入的USB設備的啟動過程為：
(1) SL811HS檢測到有外部USB設備接入；
(2) 對這個USB設備進行Reset操作，檢測該USB設備是高速設備還是低速設備，并設置好SL811HS中對應的寄存器位；
(3) 通過0號端點讀取該USB設備的描述符信息如廠商ID、產品ID、設備類、設備子類、設備協(xié)議，選取對應的子程序；
(4) SL811HS固件驅動程序對該USB設備進行初始化：讀取該USB設備的設備描述符，為該設備指定地址，讀取該設備的配置描述符信息、接口描述符信息、端點描述符信息，為該USB設備設置選擇配置描述符；
(5) 對該USB設備的初始化完成后，按照應用要求與該設備進行通信。
以圖1所示的電路圖為例，說明TMS320C6211DSP與SL811HS的電路連接關系以及一個簡化的固件程序(DSP程序)的設計。
該系統(tǒng)USB固件程序主要由幾個部分組成：對SL811HS進行設置的初始化程序，這部分程序在系統(tǒng)復位后就立即執(zhí)行；發(fā)現(xiàn)USB設備接入的子程序，并判斷該設備是高速設備還是低速設備；對該USB設備進行Enumerate即初始化操作，并指定其USB地址的子程序；用于其他數(shù)據(jù)通信的子程序，利用該部分程序完成指定的應用要求。(本文有刪節(jié)，詳見本刊網(wǎng)站：www.eaw.com.cn)
初始化部分需要根據(jù)SL811HS數(shù)據(jù)手冊的要求對各個控制寄存器進行設置。把SL811HS控制寄存器2(地址0x0F)設置為0xAE，以使能SL811HS的全部功能；把控制寄存器1(地址0x05)設置為0；把SOF Count Low寄存器(地址0x0E)設置為0xE0，讓SL811HS每1ms自動產生SOF。此外還要對SL811HS中斷使能寄存器進行設置，以使能設備插入/移去中斷。
在對SL811HS的初始化完成以后，TMS320C6211 DSP上的固件程序進入等待設備插入的階段。當SL811HS以中斷方式通知DSP現(xiàn)在有設備接入時，固件程序進入發(fā)現(xiàn)USB設備接入子程序。
需要注意的是，USB設備接入后應首先對其進行復位操作，且復位時間不少于10ms，否則USB設備將不能啟動。
USB設備在正常使用前，還需要由固件程序對它進行配置，即對USB設備進行初始化。該部分涉及資源的分配、選擇合適的驅動程序、設置USB地址等。這些功能的完成都需要控制傳輸?？刂苽鬏?shù)膶崿F(xiàn)是固件程序中一個比較復雜的部分。其實現(xiàn)函數(shù)為：
int ControlXfer(unsigned char DeviceAddr；//需要進行控制傳輸USB設備的地址；
unsigned char Payload；    file://USB數(shù)據(jù)包的最大尺寸；
Setup * setup；    file://待傳輸?shù)腟ETUP令牌結構體；
unsigned char *Buf；  file://接收或發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；)
{  short int  wLen=setup->wLength；  file://取出該控制傳輸需要在數(shù)據(jù)階段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的大??；
if  (SetupXfer(DeviceAddr, Payload, 8, (unsigned char *)setup)= =false)
// 傳輸SETUP事務，向USB設備指明控制傳輸?shù)诙A段數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚺c數(shù)量以及命令的類型；
       return false；
if (wLen)    file://需要數(shù)據(jù)階段傳送需要的數(shù)據(jù)
{
if  (setup->bmRequest Type&0x80) file://區(qū)分數(shù)據(jù)階段的傳輸方向；
{   if (InXfer(DeviceAddr,0, Payload,wLen,Buf)==false)
file://調用InXfer()函數(shù)完成對IN事務的傳輸；
       return false；}
else
{   if  (OutXfer (DeviceAddr, 0, Payload, wLen, Buf)==f alse)
// 調用OutXfer()函數(shù)完成對OUT事務的傳輸；
       return  false； }
}
if  (setup->bmRequestType &0x80)  file://控制傳輸?shù)臓顟B(tài)階段；
{  if (OutXfer(DeviceAddr,0, Payload,0,Null)==false)
        return false；}
else
{ if (InXfer(DeviceAddr,0, Payload,0, Null)==false)
        return false；} 
 return true；
}  
有了完成控制傳輸?shù)暮瘮?shù)，就可以完成對USB設備的Enumerate即初始化，其流程如圖2所示。
為了簡化說明，圖2的流程說明了USB設備只有一個配置描述符的流程。
在編碼SL811HS固件程序時，還需要注意：根據(jù)應用需要，如果要支持USB HUB類型的設備接入時，需要對前面的程序作適當?shù)恼{整和考慮，尤其注意在跨過HUB與一個低速USB設備通信時要先發(fā)一個前導包。如果支持多個USB設備的接入，通過對SL811HS內部SOF Count Low寄存器和SOF Count High寄存器的分析，來確定能否滿足當前接入設備的帶寬要求。每次事務傳輸完成，都應該讀取SL811HS內部USB Status寄存器的值，以確定該次事務傳輸是否成功、是否超時等異常情況的發(fā)生，以保證程序的穩(wěn)健性。

結語
在測試中，普通U盤接入系統(tǒng)的USB接口，該系統(tǒng)能自動識別出該USB設備并能按USB Mass Storage Class協(xié)議格式讀出、寫入該U盤上各個扇區(qū)的數(shù)據(jù)。基于上述的實現(xiàn)方案可以廣泛應用于各種便攜式、嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。采集到的數(shù)據(jù)可以直接放到U盤等存儲器中，用戶只需定期更換存儲器即可，而且插入取出存儲器也比較方便，充分發(fā)揮了USB接口靈活方便的特點?！?/P>

參考文獻
1． Don Anderson. USB系統(tǒng)體系. 中國電力出版社，2001
2． Universal Serial Bus Specification Revision 1.1, 1998.9