在嵌入式系統中實現對U盤的操作
發布時間:2007/4/23 0:00:00 訪問次數:1889
摘要：主要介紹在嵌入式系統中利用SL811HS對U盤操作的實現方法；簡要介紹USB設備中的海量存儲類、SL811HS的芯片特點及FAT文件系統。
關鍵詞：USB U盤 FAT SL811HS
引 言
USB(通用串行總線)用于將適用USB的外圍設備(device)連接到主機(host)，實現二者之間數據傳輸的外部總線結構；是一種快速、靈活的總線接口。它最大的特點是易于使用，主要是用在中速和低速的外設。
隨著USB規范的完善和成熟，USB外設的種類不斷豐富，應用領域也不斷擴大。在傳統的應用中，主要是PC扮演著主機的角色。根據USB的規范，可以看到在USB的拓樸結構中居于核心地位的是主機，每一次的數據傳輸都必須由主機發起和控制。但是隨著嵌入式產品應用領域的日益增長，USB外設的應用范圍也隨之擴大，為此在嵌入式系統中實現對USB外設控制也變得日益迫切。
本文針對USB外設中的U盤，說明如何在嵌入式系統中利用SL811HS實現對其的操作。
1 海量存儲類
USB設備分為五個大類，即顯示器(monitors)、通信設備(communications devices)、音頻設備(audio)、人機輸入(human input)和海量存儲(mass storage)。
通常所用的U盤、移動硬盤均屬于海量存儲類。
海量存儲類的規范中包括四個獨立的子規范，即CBI Transprot、Bulk-Only Transport、ATA Command Block、UFI Command Specification。前兩個協議定義了數據/命令/狀態在USB總線上的傳輸方法，Bulk-Only傳輸協議僅僅使用Bulk端點傳送數據/命令/狀態，CBI傳輸協議則使用Control/Bulk/Interrupt三種類型的端點進行數據/命令/狀態的傳送。后兩個協議定義了存儲介質的操作命令，ATA協議用于硬盤，UFI協議則針對USB移動存儲。
本設計中所使用的U盤遵循Bulk-Only傳輸協議和UFI命令規范。
2 實現方法
2.1 硬件設計
本設計采用SL811HS芯片完成對U盤的操作。SL811HS是Cypress公司推出的具有主/從兩種工作模式的USB控制器，遵循USB1.1規范；可自動檢測總線速率，支持全速12Mbps和低速1.5Mbps設備；具有8位雙向的數據總線，易與單片機連接；片內256字節的SRAM(其中16字節用于工作寄存器)，用于數據傳輸；可自動產生SOF和CRC5/16，簡化軟件工作量；片內具有根Hub；支持掛起/喚醒工作模式，減少功耗；支持自動加1功能，減少數據讀寫周期；3.3V工作電源，接口可承受5V的工作電壓，可與多種規格的單片機連接。
單片機與SL811HS接口的原理如圖1所示。
2.2 軟件設計
通過USB主控芯片對U盤操作的主要工作是在軟件方面，它需要對眾多規范、協議透徹的理解。下面主要通過軟件的工作流程來說明設計過程。
2.2.1 SL811HS初始化
SL811HS共有15個配置寄存器，其中0~4、8~C是USB-A、USB-B的工作配置寄存器，5、F是控制寄存器，6是中斷使能寄存器，D為狀態寄存器，E、F為SOF計數寄存器。各個寄存器的具體功能如表1所列。
在SL811HS上電開始工作后，首先對USB總線復位(置寄存器5的位3為1，延時30ms后清零)，然后使能設備檢測中斷(置寄存器6為0x61)。
2.2.2 設備檢測
(1)軟件協議
在設備檢測階段，主要通過setup結構的數據包(8字節長)向USB設備的控制端點0(默認端點)發送命令。數據包結構如表2所列。
(2)實現過程
當U盤插入USB插座時，SL811HS產生中斷，通過讀取中斷狀態寄存器可判斷中斷類型。當中斷類型表示為檢測到設備插入時，就可對USB設備即U盤進行配置了。此時還需使能SL811HS的1ms SOF(配置SL811HS的寄存器E=0xE0、F=0xAE，然后置位寄存器5的位0和寄存器0的位5)，以便進行數據幀的同步。
在U盤未配置之前，其默認地址和默認控制端點均為0。利用setup數據包對U盤進行配置時，須將U盤的地址寫入SL811HS的寄存器4，將數據包的類型和U盤的控制端點寫入SL811HS的寄存器3。
以下為對U盤配置過程的主要步驟。
① 設備描述符(GetDeviceDescriptor)。請求設備描述符的setup數據包為
通過讀取設備描述符，可獲得設備的子類(通用海量存儲類)、端點0的最大包長(一般為8字節)。
② 讀取配置描述符(GetConfigDescriptor)。
對于請求配置描述符，可以先進行首次請求，要求數據包長為9(一個配置描述符的長度)。數據包內容為
接收到
摘要：主要介紹在嵌入式系統中利用SL811HS對U盤操作的實現方法；簡要介紹USB設備中的海量存儲類、SL811HS的芯片特點及FAT文件系統。
關鍵詞：USB U盤 FAT SL811HS
引 言
USB(通用串行總線)用于將適用USB的外圍設備(device)連接到主機(host)，實現二者之間數據傳輸的外部總線結構；是一種快速、靈活的總線接口。它最大的特點是易于使用，主要是用在中速和低速的外設。
隨著USB規范的完善和成熟，USB外設的種類不斷豐富，應用領域也不斷擴大。在傳統的應用中，主要是PC扮演著主機的角色。根據USB的規范，可以看到在USB的拓樸結構中居于核心地位的是主機，每一次的數據傳輸都必須由主機發起和控制。但是隨著嵌入式產品應用領域的日益增長，USB外設的應用范圍也隨之擴大，為此在嵌入式系統中實現對USB外設控制也變得日益迫切。
本文針對USB外設中的U盤，說明如何在嵌入式系統中利用SL811HS實現對其的操作。
1 海量存儲類
USB設備分為五個大類，即顯示器(monitors)、通信設備(communications devices)、音頻設備(audio)、人機輸入(human input)和海量存儲(mass storage)。
通常所用的U盤、移動硬盤均屬于海量存儲類。
海量存儲類的規范中包括四個獨立的子規范，即CBI Transprot、Bulk-Only Transport、ATA Command Block、UFI Command Specification。前兩個協議定義了數據/命令/狀態在USB總線上的傳輸方法，Bulk-Only傳輸協議僅僅使用Bulk端點傳送數據/命令/狀態，CBI傳輸協議則使用Control/Bulk/Interrupt三種類型的端點進行數據/命令/狀態的傳送。后兩個協議定義了存儲介質的操作命令，ATA協議用于硬盤，UFI協議則針對USB移動存儲。
本設計中所使用的U盤遵循Bulk-Only傳輸協議和UFI命令規范。
2 實現方法
2.1 硬件設計
本設計采用SL811HS芯片完成對U盤的操作。SL811HS是Cypress公司推出的具有主/從兩種工作模式的USB控制器，遵循USB1.1規范；可自動檢測總線速率，支持全速12Mbps和低速1.5Mbps設備；具有8位雙向的數據總線，易與單片機連接；片內256字節的SRAM(其中16字節用于工作寄存器)，用于數據傳輸；可自動產生SOF和CRC5/16，簡化軟件工作量；片內具有根Hub；支持掛起/喚醒工作模式，減少功耗；支持自動加1功能，減少數據讀寫周期；3.3V工作電源，接口可承受5V的工作電壓，可與多種規格的單片機連接。
單片機與SL811HS接口的原理如圖1所示。
2.2 軟件設計
通過USB主控芯片對U盤操作的主要工作是在軟件方面，它需要對眾多規范、協議透徹的理解。下面主要通過軟件的工作流程來說明設計過程。
2.2.1 SL811HS初始化
SL811HS共有15個配置寄存器，其中0~4、8~C是USB-A、USB-B的工作配置寄存器，5、F是控制寄存器，6是中斷使能寄存器，D為狀態寄存器，E、F為SOF計數寄存器。各個寄存器的具體功能如表1所列。
在SL811HS上電開始工作后，首先對USB總線復位(置寄存器5的位3為1，延時30ms后清零)，然后使能設備檢測中斷(置寄存器6為0x61)。
2.2.2 設備檢測
(1)軟件協議
在設備檢測階段，主要通過setup結構的數據包(8字節長)向USB設備的控制端點0(默認端點)發送命令。數據包結構如表2所列。
(2)實現過程
當U盤插入USB插座時，SL811HS產生中斷，通過讀取中斷狀態寄存器可判斷中斷類型。當中斷類型表示為檢測到設備插入時，就可對USB設備即U盤進行配置了。此時還需使能SL811HS的1ms SOF(配置SL811HS的寄存器E=0xE0、F=0xAE，然后置位寄存器5的位0和寄存器0的位5)，以便進行數據幀的同步。
在U盤未配置之前，其默認地址和默認控制端點均為0。利用setup數據包對U盤進行配置時，須將U盤的地址寫入SL811HS的寄存器4，將數據包的類型和U盤的控制端點寫入SL811HS的寄存器3。
以下為對U盤配置過程的主要步驟。
① 設備描述符(GetDeviceDescriptor)。請求設備描述符的setup數據包為
通過讀取設備描述符，可獲得設備的子類(通用海量存儲類)、端點0的最大包長(一般為8字節)。
② 讀取配置描述符(GetConfigDescriptor)。
對于請求配置描述符，可以先進行首次請求，要求數據包長為9(一個配置描述符的長度)。數據包內容為
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