ＵＳＢ的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中居核心地位的是Ｈｏｓｔ（也稱(chēng)為主機(jī)），任何一次ＵＳＢ數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)發(fā)起和控制，所有的ＵＳＢ外設(shè)都只能和主機(jī)建立連接，任何兩個(gè)外設(shè)之間或是兩個(gè)主機(jī)之間無(wú)法直接通信。而目前，扮演主機(jī)角色的大多是個(gè)人電腦ＰＣ。而我們買(mǎi)到和使用的ＵＳＢ移動(dòng)設(shè)備都是ＵＳＢ外設(shè)（ｄｅｖｉｃｅ），如ＵＳＢ的移動(dòng)硬盤(pán)、ＵＳＢ接口的數(shù)碼相機(jī)等。所有這些設(shè)備都只能在ＰＣ上或通過(guò)ＰＣ來(lái)進(jìn)行文件和數(shù)據(jù)交換。沒(méi)有了ＰＣ，這些設(shè)備就 “失靈”了（指數(shù)據(jù)交換的功能）。

５１系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)高可靠性、高性價(jià)比吸引了大量國(guó)內(nèi)用戶，被廣泛應(yīng)用于測(cè)控和自動(dòng)化領(lǐng)域。用５１系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)ＵＳＢ主機(jī)接口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)ＵＳＢ外設(shè)的控制，對(duì)提高整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制等性能都有很大的作用。本文使用５１系列單片機(jī)Ｗ７８Ｅ５４和ＵＳＢ接口芯片ＳＬ８１１ＨＳ設(shè)計(jì)了一個(gè)ＵＳＢ主機(jī)接口，通過(guò)該接口可實(shí)現(xiàn)對(duì)ＵＳＢ外設(shè)Ｕ盤(pán)的讀寫(xiě)控制，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)＊。
 　　
２�。樱蹋福保保龋拥慕Y(jié)構(gòu)性能

ＳＬ８１１ＨＳ是ＣＹＰＲＥＳＳ公司生產(chǎn)的、可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)模眨樱驴刂菩酒?該芯片采用２８腳ＰＬＣＣ和４８腳ＴＱＦＰ兩種封裝形式，且內(nèi)含ＵＳＢ主／從控制器，支持全速（ｆｕｌｌ－ｓｐｅｅｄ）／低速?ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ　數(shù)據(jù)傳輸，并能自動(dòng)識(shí)別低速或全速設(shè)備。ＳＬ８１１ＨＳ所提供的接口遵從ＵＳＢ１．１標(biāo)準(zhǔn)，可與微處理器、微控制器、ＤＳＰｓ相連，也可直接與ＩＳＡ、ＰＣＭＣＩＡ及其它總線相連。ＳＬ８１１ＨＳ的數(shù)據(jù)接口與微處理器進(jìn)行接口可提供８位數(shù)據(jù)Ｉ／Ｏ或雙向ＤＭＡ通道，并能以從機(jī)操作方式支持ＤＭＡ數(shù)據(jù)傳輸。此外，通過(guò)中斷支持還可以輕松地與Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｉｎｔｅｌ及其它眾多類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)微處理器或微控制器相連。ＳＬ８１１ＨＳ內(nèi)部有一個(gè)２５６字節(jié)的ＲＡＭ，可用做控制寄存器或數(shù)據(jù)緩沖器。ＳＬ８１１ＨＳ的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。

３ 和微控制器的硬件接口

５１系列微控制器Ｗ７８Ｅ５４與ＳＬ８１１ＨＳ的連接電路。在該設(shè)計(jì)硬件時(shí)，由于所選用的５１系列單片機(jī)Ｗ７８Ｅ５４及其周?chē)�元件的工作電壓為５Ｖ，而ＳＬ８１１ＨＳ的工作電壓為３．３Ｖ，所以系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)提供５Ｖ和３．３Ｖ電源；雖然ＳＬ８１１ＨＳ可以使用１２ＭＨｚ晶振，但在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果晶振質(zhì)量不太好，電路穩(wěn)定性就會(huì)比較差，因此，設(shè)計(jì)時(shí)推薦使用４８ＭＨｚ晶振；由于ＳＬ８１１ＨＳ的中斷請(qǐng)求輸出的是高電平，因此需要用反向器把它變換成低電平以滿足Ｗ７８Ｅ５４中斷輸入要求；此外，ＳＬ８１１ＨＳ是低電平復(fù)位；其ＵＳＢ插座的電源接口也應(yīng)作５００ｍＡ限流處理以保護(hù)系統(tǒng)。

４ 軟件設(shè)計(jì)

ＵＳＢ軟件設(shè)計(jì)分為２部分，一是針對(duì)ＳＬ８１１ＨＳ芯片編寫(xiě)ＵＳＢ主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序；二是系統(tǒng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成Ｕ盤(pán)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的應(yīng)用程序。
　　
４．１ 主控制器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

ＵＳＢ設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是開(kāi)發(fā)ＵＳＢ外設(shè)的關(guān)鍵，ＵＳＢ協(xié)議的復(fù)雜性導(dǎo)致了ＵＳＢ驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)容的多樣性。本文只介紹主機(jī)完成Ｕ盤(pán)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)功能所需的主要模塊，包括初始化模塊、枚舉模塊、讀字節(jié)模塊、寫(xiě)字節(jié)模塊、讀緩沖區(qū)模塊、寫(xiě)緩沖區(qū)模塊等。

初始化模塊用來(lái)設(shè)置ＳＬ８１１ＨＳ的主／從機(jī)工作模式、全速或低速工作方式、內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)等；而枚舉主要是指主機(jī)監(jiān)測(cè)到Ｕ盤(pán)插入時(shí)，主機(jī)和Ｕ盤(pán)之間產(chǎn)生的一個(gè)過(guò)程。當(dāng)枚舉發(fā)生時(shí)，主機(jī)首先自動(dòng)發(fā)出查詢請(qǐng)求，Ｕ盤(pán)回應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，并送出設(shè)備的Ｖｅｒｄｏｒ ＩＤ和ＰｒｏｄｕｃｔＩＤ?然后由主機(jī)根據(jù)這兩個(gè)ＩＤ裝載相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，以完成枚舉過(guò)程。通過(guò)枚舉不但可為Ｕ盤(pán)設(shè)定設(shè)備地址，而且可以得到Ｕ盤(pán)端點(diǎn)的描述表及Ｕ盤(pán)支持協(xié)議，之后就可以根據(jù)Ｕ盤(pán)所屬的子類(lèi)及協(xié)議對(duì)Ｕ盤(pán)進(jìn)行操作。

４．２ 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

ＵＳＢ總線一般包含四種基本數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型：控制傳輸、中斷傳輸、批傳輸以及同步傳輸，本系統(tǒng)使用的是控制傳輸和批腀輸。這面以愛(ài)國(guó)者迷你王Ｕ盤(pán)為例，介紹在該盤(pán)上建立目錄及寫(xiě)文件的具體方法。

愛(ài)國(guó)者迷你王(６４Ｍ)屬Ｍａｓｓ ｓｔｏｒａｇｅｃｌａｓｓ，支持Ｂｕｌｋ－ｏｎｌｙ傳輸，命令集為ＳＣＳＩ傳輸命令集。Ｂｕｌｋ－Ｏｎｌｙ傳輸時(shí)，其命令、數(shù)據(jù)及狀態(tài)均通過(guò)Ｂｕｌｋ端點(diǎn)傳送。愛(ài)國(guó)者迷你王(６４Ｍ)有三個(gè)端點(diǎn)，端點(diǎn)０為缺省控制通道，端點(diǎn)１為Ｂｕｌｋ ｏｕｔ端點(diǎn)，端點(diǎn)２為Ｂｕｌｋ ｉｎ端點(diǎn)。首先要用ｒｅａｄ(讀ｂｌｏｃｋ０)及 ｒｅａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ 命令讀取Ｕ盤(pán)參數(shù)，隨后即
可對(duì)Ｕ盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)。

其中ｄＣＢＷＳｉｇｎａｔｕｒｅ的值為４３４２５３５５?ＬＳＢ　，表示當(dāng)前發(fā)送的是一個(gè)ＣＢＷ；將ｄＣＢＷＴａｇ的內(nèi)容在狀態(tài)階段原樣發(fā)送給ＨＯＳＴ可以驗(yàn)證命令執(zhí)行的是否正確；ｄＣＢＷＤａｔａＴｒａｎｓｆｅｒＬｅｎｇｔｈ為數(shù)據(jù)階段要傳送的字節(jié)數(shù)；ＢｍＣＢＷＦｌａｇｓ表明數(shù)據(jù)階段傳送的方向；Ｒｅ-ｓｅｒｖｅｄ是保留位，通�？梢灾昧悖唬猓茫拢祝蹋眨斡糜谥该髟撁�令傳送給哪個(gè)邏輯單元；ＢＣＢＷＣＢＬｅｎｇｔｈ為后續(xù)字符串中命令字節(jié)的長(zhǎng)度，ＣＢＷＣＢ為真正要傳送的命令。ＣＢＷ命令發(fā)出后，Ｕ盤(pán)從ＣＢＷ中解析出ＣＢ-ＷＣＢ然后執(zhí)行相應(yīng)的操作，之后返回一個(gè)ＣＳＷ命令塊，表明命令執(zhí)行情況。愛(ài)國(guó)者迷你王(６４Ｍ)每次至少讀取或?qū)懭耄担保沧止?jié)，因此在改寫(xiě)某些字節(jié)時(shí)，必須把整個(gè)邏輯塊一次讀出，修改后再一次性寫(xiě)入。

用Ｗ７８Ｅ５４控制ＳＬ８１１ＨＳ來(lái)讀寫(xiě)Ｕ盤(pán)的工作過(guò)程可以簡(jiǎn)單地概括為：當(dāng)ＳＬ８１１ＨＳ從ＵＳＢ總線檢測(cè)到Ｕ盤(pán)插入后，通過(guò)中斷方式將此信息通知系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用枚舉模塊可以獲得與此次傳輸有關(guān)的各種參數(shù)，并根據(jù)具體的傳輸參數(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊以對(duì)ＳＬ８１１ＨＳ的控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行相應(yīng)的操作，最終完成對(duì)Ｕ盤(pán)的讀寫(xiě)。其寫(xiě)文件流程圖見(jiàn)圖３所示。

５ 結(jié)束語(yǔ)

使用ＵＳＢ主機(jī)接口控制器ＳＬ８１１ＨＳ實(shí)現(xiàn)對(duì)Ｕ盤(pán)的讀寫(xiě)，可為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供一種通用、方便和可靠的解決方案，目前該方案已成功應(yīng)用到筆者自主研發(fā)的溫室環(huán)境信息采集系統(tǒng)中，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試證明了它的實(shí)用性和可靠性。由于ＳＬ８１１ＨＳ同時(shí)具有從機(jī)工作模式，因此，也可將此方案經(jīng)簡(jiǎn)單修改后開(kāi)發(fā)ＵＳＢ接口從設(shè)備，從而滿足不同場(chǎng)合的需要。