基于Linux下USB主机接口设计（1） 应用技术, 系统升级, 控制器, 需求量, Linux

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由于人们对数字形式信息的需求量越来越大，数据通信及其应用技术受到越来越广泛的关注和应用。随着技术的发展。USB通信正向高速、方便快捷、稳定可靠的方向发展。目前，大多数USB设备都是需要与PC机相连进行通信，而USB设备之间的通信则无法实现。而对于一些处在特殊环境下的称重设备的数据传输和系统升级，PC机很不方便实现，因此迫切要求开发出能够识别USB设备的主机端口。这样使用U盘等设备就能实现数据传输。本系统设计在 AT91SAM7X256控制器的基础上，增加了主机端口，适用于工矿企业中称重设备的数据更新和系统升级。
1系统整体方案
USB(UniversalSerialBus)即通用串行总线，提供一种兼容不同速度的、可扩充的，使用方便的外围设备接口，同时也是为解决计算机接口太多等问题而设计的。在嵌入式系统中如果处理器集成了OHCI标准的USB主机控制器，则直接就可以引出USB主控端口：而对于没有集成的处理器，则需要使用USB主控器件，从总线上扩展USB主机接口。很多IC制造商都提供这种主控器件，如Scanlogic公司的SL811HS/T等。在编写USB设备驱动程序设计时，可以分为3部分编写：主机端设备驱动程序、主机控制器驱动程序设计和设备端驱动程序。对于一些不具备USB主机端口的设备，为了实现通信的方便、快捷性，如与U盘直接通信等设备是完全有必要在原来设备的基础上扩展USB主机端口。

该系统硬件设计是由电源、复位、时钟电路、以太网口、USB主机和设备端口以及串口组成，其结构框图如图1所示。其中，以太网口用于将设备接入网络实行远程管理和监控。将设备的数据接入Internet，实现远程监控，适用于工矿企业设备的集中化管理和维护。USB主机端口通过主机控制器 SL811HS/T与控制器AT9lSAM7X256相连，进行数据通信。USB设备端口作为与PC机通信的接口。该系统设计的创新在于该设备抛开了PC 机，既可作为主机，也可作为外设，并与其他0TG设备直接实现点对点通信。
2硬件电路设计
USB主机与设备之间的通信最终都是通过USB主机控制器和USB设备的总线接口间的电缆实现的，任何一个输出请求都是由主机控制器组成包的形式发往总线的。USB,总线中只有一个主机，它是USB树形结构的根，通过一个根HUB提供一个或多个连接点，由其连接各个USB设备。
2.1核心器件选型
该系统设计选用Scanlogic公司的SL811HS/T作为USB主机接口器件，该器件是既能用作Host模式又能用作Slave模式的，具有标准微处理器总线接口USB控制器，适用于非PC设备在Host模式下，它支持嵌入式主机与USB 外围设备的通信，在Slave模式下，可作为主机的一个外设。SL811HS具有以下特点：是遵循USBl.1协议的嵌入式USBHost/Slave器件;提供8bit宽数据总线及中断支持，方便与微处理器、微控制器连接;通过硬件设置或软件设置，工作在Host或Slave模式;自动探测所接设备是低速设备还是高速设备：8bit双向数据总线;片上SI-E、USB收发器;软件控制下运行为单个USB主或从设备主机或从设备模式有1.5Mb/s的低速，12Mb/s的全速，自动识别低速和全速设备8位双向数据，工作于12MHz或48MHz晶振或振荡器。
微处理器是系统核心，其性能直接决定该系统设计的准确性，稳定性和可靠性。基于本系统对精度和实时性的要求。选用ATMEL公司的AT9lSAM7X256单片机。它具有以下特点：1)内部集成ARM7TDMIARMThumb处理器，支持嵌入式ICE内电路仿真以及调试通信接口：2)复位控制器(RSTC)，基于上电复位单元，提供外部信号整形和复位源状态;3)时钟发生器(CKGR)，低功耗RC振荡器，3～20MHz片上振荡器和1个PLL;4)电源管理控制器(PMC)，具有电源优化功能，包括慢速时钟模式(低于500Hz)和空闲模式，4个可编程外部时钟信号;5)USB2.0全速(每秒12Mbit)设备接口，具有片上收发器，大小为1352字节的可配置成 FIF0;6)10/100base-T(Mb/s)的以太网口;7)提供片上1.8V稳压器，为内核及外部组件提供高达100mA的电流，3.3VVDDIO提供I/O线电源，独立的3.3VVDDFLASH提供Flash电源，具有掉电检测的1.8VVDDCORE提供内核电源。
2.2AT91SAM7X256的USB设备端口设计
AT91SAM7X256的USB设备端口原理图，如图2所示。由于AT91SAM7X256支持USB2.0全速(每秒12Mbit)设备接口，故AT91SAM7X256的2个引脚DDM和DDP与外界USB相连，直接实现USB设备端口。

由USB接口输入5V直流电源，二极管VD1用于限制电源的导通方向，经过C18、C19滤波，然后经过SPXll7M-3.3将电源稳压至3.3V。为了降低噪声和出错率，应隔离模拟电源与数字电源，图3中的L1和L2用于电源隔离元件(将数字电源的高频噪声隔离)。SPXll7M-3.3是Sipex公司的LDO器件，其特点为输出电流大，输出电压精度高稳定性高。SPXll7M系列LD0 器件输出电流可达800mA，具有电流保护和热保护功能，可广泛应用于数字家电和工业控制等领域。

2.3USB主机端口设计
AT91SAM7X256的USB主机端口原理图，如图3所示。SL811HS/T选用48引脚的TQFP封装形式，SL811HS/T既能用作Host模式又能用作Slave模式。将SL811HS/T的M/S引脚接地，即设为低电平信号(M/S=0)，选择作为主机端口。
SL811HS/T的D0～D7端口为双向数据I/O端口，与控制器的PAl0～PAl7端口相连，实现数据通信。SL811HS/T的nRD 引脚与AT91SAM7X256的PA9相连，nWR引脚与AT9lSAM7X256的PA8相连，SL811HS/T的nCS引脚与 AT91SAM7X256的PA7相连，AO引脚与AT91SAM7X256的PA6相连，控制SL811HS/T的读写状态，如图4所示。