劉彥 黔南民族師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系 558000

基于PDIUSBD12的USB接口設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

劉彥 黔南民族師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系 558000

USB設(shè)備的廣泛使用，使得USB接口的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)越來(lái)越重要，PHILIPS公司的USB接口控制芯片PDIUSBD12性價(jià)比高簡(jiǎn)單易用，是較為理想的USB接口設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)芯片。文章主要從主機(jī)與PDIUSBD12之間的數(shù)據(jù)通信過(guò)程的層面來(lái)介紹USB設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

USB；PDIUSBD12；端點(diǎn)；描述符

1.引言

USB以其傳輸速度快、可靠性高、易于擴(kuò)展、功耗低等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛地應(yīng)用在計(jì)算機(jī)外設(shè)中，已成為計(jì)算機(jī)與外設(shè)通信的主流接口。而PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片以其價(jià)格便宜、接口方便、可靠性高等特點(diǎn)較為廣泛的在USB設(shè)備接口系統(tǒng)中被選用。PDIUSBD12芯片是純粹的USB接口芯片，僅負(fù)責(zé)處理USB的通信，設(shè)計(jì)時(shí)還必須要選用一個(gè)MCU來(lái)進(jìn)行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。

2.USB設(shè)備的插入檢測(cè)

USB主機(jī)輪流查詢各個(gè)USB端口，當(dāng)USB設(shè)備插入U(xiǎn)SB端口時(shí)由PDIUSBD12內(nèi)部集成的上拉電阻使主機(jī)檢測(cè)到D+與D-之間有電壓差，就認(rèn)為有新的USB設(shè)置接入。

3.USB設(shè)備的枚舉

USB枚舉指的是USB主機(jī)從USB設(shè)備讀取USB的各種描述符信息，從而知道是什么設(shè)備，如何進(jìn)行通信等，然后根據(jù)這些信息來(lái)加載合適的驅(qū)動(dòng)程序。

3.1 獲取部分設(shè)備描述符請(qǐng)求

主機(jī)檢測(cè)到有新的USB設(shè)置接入等待100ms后向USB設(shè)備發(fā)出復(fù)位請(qǐng)求，USB設(shè)備接到復(fù)位請(qǐng)求后，設(shè)置其地址為0，并產(chǎn)生一個(gè)外部中斷信號(hào)通知主機(jī)，新接入的USB可以地址0來(lái)進(jìn)行通信，然后USB主機(jī)向地址為0的設(shè)備的端點(diǎn)0發(fā)送獲取設(shè)備描述符請(qǐng)求，設(shè)備收到該請(qǐng)求后，按固定格式返回一個(gè)端點(diǎn)0所支持的最大數(shù)據(jù)包的設(shè)備描述符給主機(jī)。由于PDIUSBD12的端點(diǎn)0只有16個(gè)字節(jié)（在所獲取的設(shè)備描述符的第8個(gè)字節(jié)處可看到PDIUSBD12端點(diǎn)0的最大包長(zhǎng)），而標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備描述符為18字節(jié)，這一次的請(qǐng)求只能獲取部分（16個(gè)字節(jié)）設(shè)備描述符。

3.2 設(shè)置USB設(shè)備地址

在第一次復(fù)位并獲取部分設(shè)備描述符后，USB主機(jī)再對(duì)設(shè)備復(fù)位一次，并往地址0的端點(diǎn)0發(fā)出一個(gè)SET_ADDRESS設(shè)置地址的請(qǐng)求（見(jiàn)表1），該地址是由USB主機(jī)負(fù)責(zé)分配并且是唯一的。USB設(shè)備在收到該地址后，返回0長(zhǎng)度的狀態(tài)包，主機(jī)收到狀態(tài)包，就會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答包ACK給設(shè)備。設(shè)備在收到這個(gè)ACK之后，就可以啟用新的地址了。這樣設(shè)備就分配到了一個(gè)唯一的設(shè)備地址，以后主機(jī)就可以通過(guò)它來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)該設(shè)備了。

表1 SET_ADDRESS請(qǐng)求的結(jié)構(gòu)

3.3 獲取完整設(shè)備描述符請(qǐng)求

在USB設(shè)備啟用新地址后，USB主機(jī)重新向新地址發(fā)出獲取設(shè)備描述符的請(qǐng)求，這一次主機(jī)將分兩次從PDIUSBD12的端點(diǎn)0中獲取完整的18個(gè)字節(jié)（16+2）的設(shè)備描述符，從而獲知USB設(shè)備的基礎(chǔ)屬性，如支持的傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、所用USB協(xié)議版本、設(shè)備版本號(hào)、PID、VID等，設(shè)備描述符的結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。

3.4 獲取配置描述符請(qǐng)求

在獲取完整的設(shè)備描述符之后，主機(jī)就會(huì)發(fā)送一個(gè)試探性的GET_CONFIGURATION獲取配置描述符的請(qǐng)求，USB設(shè)備收到該請(qǐng)求后就返回9字節(jié)的配置描述符（其結(jié)構(gòu)見(jiàn)表3）。

3.5 獲取配置描述符集合請(qǐng)求

在第一次獲取配置描述符后，就可以知道配置描述符集合的總長(zhǎng)度，然后再發(fā)一次GET_CONFIGURATION請(qǐng)求，這時(shí)主機(jī)將分三次從PDIUSBD12的端點(diǎn)0中獲取完整的34個(gè)字節(jié)（16+16+2）的配置描述符集合——9字節(jié)的配置描述符、9字節(jié)的接口描述符、9字節(jié)的HID描述符、7字節(jié)的端點(diǎn)描述符。

3.6 獲取其它描述符

在獲取了必須的設(shè)備描述符和配置描述符集合后，還可選擇是否獲取字符串描述符和報(bào)告描述符。字符串描述符可表述所要顯示的設(shè)備信息的文字，報(bào)告描述符是USB HID設(shè)備用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的，這里不作詳細(xì)介紹。

完成USB設(shè)備的枚舉后，主機(jī)就能知道USB設(shè)備工作方式的各種特性，正式識(shí)別USB設(shè)備并能與之進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，就可以自己寫(xiě)測(cè)驅(qū)動(dòng)或使用通用驅(qū)動(dòng)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信了。

4.PDIUSBD12驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

PDIUSBD12的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能:（1）初始化PDIUSBD12和與之相連的MCU，包括PDIUSBD12的復(fù)位和初始化全局變量；（2）在枚舉過(guò)程中為每一次的請(qǐng)求（如獲取設(shè)備描述符請(qǐng)求）編寫(xiě)中斷服務(wù)程序；（3）用戶讀/寫(xiě)端點(diǎn)的函數(shù)。

5.結(jié)束語(yǔ)

USB技術(shù)的日益成熟，越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)外設(shè)使用USB接口，使得USB接口的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)顯得尤為重要，而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)USB接口設(shè)備必須對(duì)數(shù)據(jù)的通信過(guò)程有深入認(rèn)識(shí)，本文以PDIUSBD12作為USB設(shè)備的接口控制芯片詳細(xì)深入地介紹了主機(jī)與USB接口間的數(shù)據(jù)通信過(guò)程，開(kāi)發(fā)者可根據(jù)此過(guò)程編寫(xiě)相應(yīng)的服務(wù)程序便可完成USB設(shè)備的開(kāi)發(fā)。

表2 設(shè)備描述符的結(jié)構(gòu)

表3 設(shè)備描述符的結(jié)構(gòu)

［1］范曉青,袁中凡,歐協(xié)峰.PDIUSBD12的USB接口設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶.2009，2.

［2］張安生.PDIUSBD12在USB接口設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析[J].現(xiàn)代教育設(shè)備.2008，2.

［3］劉榮.圈圈教你玩USB[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2009.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.09.055

劉彥（1977－），男（仡佬族），貴州都勻，黔南民族師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系講師，研究方向?yàn)橛布夹g(shù)。