【正文】 參考文獻[1] ［Ｍ］.北京：北京航空航天大學出版社，～160.[2] ［Ｍ］.西安: 西安電子科技大學出版社，～62.[3] 楊代華，葉敦范，［Ｍ］.武漢：中國地質(zhì)大學出版社，～105.[4]（美）Jan ［Ｍ］.北京: 中國電力出版社，～157.[5] ［Ｍ］.北京：國防工業(yè)出版社，～53.[6] ［Ｍ］. 北京: 電子工業(yè)出版社，～81.[7] 馬忠梅，馬巖，［Ｍ］.北京: 北京航空航天大學出版社，～185.[8] ［Ｍ］.北京: 清華大學出版社，～128.[9] ［Ｍ］.北京: 北京航空航天大學大學出版社，～206.[10] ［Ｍ］.北京: 北京航空航天大學出版社，～97.[11] ［Ｍ］.北京: 人民郵電出版社，～104.[12] Chris WDM設備驅(qū)動程序開發(fā)指南［Ｍ］.西安: 西安電子科技大學出版社，～70.[13] 莫林利，++實現(xiàn)與USB驅(qū)動程序的通信［Ｊ］.電腦編程技術與維護，2003，1：1001～1004.[14] ［Ｍ］.西安: 西安電子科技大學出版社，～56.[15] ［Ｍ］.北京: 北京航空航天大學出版社，2000. 98～104.[16] TEXAS Circuit。限于自己的能力和開發(fā)條件，本系統(tǒng)還有待改進和完善的地方。在該系統(tǒng)設計與開發(fā)過程中，我將大學五年學到的知識連接起來了，將它們運用到實際中。第四階段：與PC機相連接的系統(tǒng)整機調(diào)試。由于USB協(xié)議和底層驅(qū)動相當復雜，自己C語言運用能力也有限，在這個階段中，自己也需要通過不斷的學習，來完成本階段的工作。第三階段：系統(tǒng)軟件模塊的設計。第二階段：系統(tǒng)硬件電路圖的設計和電路的測試。結(jié)論本文從硬件和軟件兩個方面詳細地介紹了USB接口在單片機通信中的設計應用過程以及相關技術要點。在這個過程中要注意：這里的Setup包的Type、Request域為字節(jié)數(shù)據(jù)，wValue、wIndex、wLength域為字數(shù)據(jù)，Setup包傳輸?shù)膶嶋H內(nèi)容可在輸入框下方的文本框中顯示。選中Pipe00時，點擊Read/Write To Pipe，將彈出一個PipeControl的窗口。對USB設備來說，將在Resource窗口中看到2個管線：Pipe00—控制管線，Pipe81—數(shù)據(jù)管線（中斷方式）。Win Driver包含2個子窗口，Log和Resource。在這里，利用Win Driver來觀察USB設備的工作情況。當設備能實現(xiàn)此功能時，說明系統(tǒng)固件程序編寫正確。主機也可以為計數(shù)器設置新的計數(shù)值，即主機向設備送1字節(jié)的報文，設備收到后立即用該值替換計數(shù)器的計數(shù)值，計數(shù)器以這個新值開始計數(shù)。該設備是一個人機接口設備，以中斷方式傳輸，查詢周期為10ms（接口描述符中定義為10ms），發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)都只有1字節(jié)。系統(tǒng)固件程序在wave6000中編譯通過后，我們就可以對它進行測試。固件程序的編寫運用的是單片機語言，它的編譯仿真用是在wave6000的輔助下進行的；由于驅(qū)動程序是在Win Driver下生成的，應用程序是基于驅(qū)動程序提供的接口上工作的，所以驅(qū)動程序和應用程序的調(diào)試是在Win Driver軟件輔助下進行的。 系統(tǒng)軟件調(diào)試及系統(tǒng)測試系統(tǒng)軟件程序編寫完畢以后，我們需要對它進行調(diào)試。后來檢測單片機模塊時，發(fā)現(xiàn)其沒有正常工作，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)復位電路有問題，原因是復位腳上的電容接反了方向，導致不能復位，單片機不能工作。調(diào)試調(diào)試過程中我收獲很大。D12芯片需要單片機程序控制才能正常工作，這里可以檢測D12芯片外圍的晶振是否工作，只要將時鐘信號輸入端接到示波器上，如果看到振動現(xiàn)象就說明晶振電路沒有問題。由于本系統(tǒng)中單片機的外部時鐘輸入是由D12芯片的CLKOUT腳引入，所以在測試過程中，必須重新為單片機引入一個12M的時鐘脈沖。2) 看系統(tǒng)各部件是否正常工作。對系統(tǒng)硬件調(diào)試，主要按以下步驟來實現(xiàn)：1) 看板子是否通。由于本系統(tǒng)的軟件調(diào)試過程，都是在軟件工具Win Driver的輔助下，在硬件的基礎上進行的，所以軟件的調(diào)試基本上可以稱為系統(tǒng)調(diào)試。為方便調(diào)試，硬件部分一開始只搭建了USB基本功能模塊，即由AT89S52和PDIUSBD12以及其外圍器件構(gòu)成的模塊。單擊“監(jiān)聽管線”后，應用程序通過驅(qū)動程序?qū)υO備的中斷端點進行掃描，這時設備單片機內(nèi)部的記數(shù)值就會發(fā)給主機，在應用程序的文本框中就會顯示出來[12]。當設備接入主機之后，從應用程序中可以開啟和關閉設備。在Build菜單中選擇Generate Code，Win Driver就會提示生成一個應用程序的工程源代碼，打開VC對所建工程編譯連接，就可以對得到一個控制臺的可執(zhí)行程序，這個程序運行同樣可以用來對設備的所有管線進行讀/寫。本系統(tǒng)的應用程序的開發(fā)是為了更好的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，把USB設備中數(shù)據(jù)的傳輸過程動態(tài)地呈現(xiàn)出來，讓使用者能夠直觀地看到主機對設備的控制，即數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。 系統(tǒng)應用程序開發(fā) 應用程序的實現(xiàn)的功能應用程序是基于驅(qū)動程序提供的接口工作的，所以本系統(tǒng)涉及的應用程序必須調(diào)用Win Driver提供的驅(qū)動程序接口。之后就會發(fā)現(xiàn)設備的掃描已經(jīng)暫時停止了（這時電路板的Good Link指示LED不再閃爍，計數(shù)器不顯示輸出）。當設備初次接入時，將被系統(tǒng)識別為標準的人機接口設備HID，并自動為其安裝驅(qū)動程序，之后操作系統(tǒng)將對這個設備類似對鼠標鍵盤的方式不停查詢（電路板的Good Link指示LED不停閃爍，而且計數(shù)器的8位LED輸出也在不停的變化），這時用戶就無法對其與主機的數(shù)據(jù)傳輸進行監(jiān)控，所以就必須為其安裝專用的驅(qū)動程序。打開Driver Wizard，建立一個新的工程，在彈出的Card Information窗口中，就可以看到要生成驅(qū)動程序的設備信息，有接口類型、生產(chǎn)廠商和Product ID 3個設備信息。區(qū)別在于Driver Works等工具可以開發(fā)出獨立但是完整的驅(qū)動程序，而使用Win Driver軟件時工具只提供一個設備安裝信息文件（.inf），真正的驅(qū)動程序在安裝Win Driver時就已經(jīng)加載了。使用這類工具開發(fā)驅(qū)動程序不如使用DDK靈活，但大大減小開發(fā)者的工作量和難度，縮短了開發(fā)周期。另一種具有代表性的有VtoolsD和Driver Works等開發(fā)工具軟件。使用DDK開發(fā)過程靈活，開發(fā)出的驅(qū)動程序的代碼效率高，與操作系統(tǒng)結(jié)合好。其中“初始化”模塊是一定不能少的，其它模塊可選。11) 處理Windows管理診斷（WMI）向系統(tǒng)管理員報告。9) 調(diào)用其它驅(qū)動程序。7) 取消I/O請求。5) 實現(xiàn)對設備的串行化訪問。3) 處理Win32程序打開和關閉文件句柄的要求。 WDM設備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)一個WDM設備驅(qū)動程序的功能模塊一般包括如下的幾個部分：1) 初始化。總線驅(qū)動按順序使用IRP與總線通信，最終總線直接驅(qū)動硬件，總線驅(qū)動為Windows系統(tǒng)提供不需要用戶編程的代碼。每個IRP請求或執(zhí)行一個獨立的輸入/輸出操作。驅(qū)動通信使用輸入/輸出請求包（IRP）結(jié)構(gòu)。在內(nèi)核模式下，代碼運行在Ring0模式，不限制訪問系統(tǒng)資源，可以直接執(zhí)行內(nèi)存管理指令和訪問I/O端口。應用程序必須運行在用戶模式下，一般不允許直接操作I/O端口，除非驅(qū)動預留了端口。在Windows操作系統(tǒng)中，程序代碼以以下兩種方式之一運行：用戶或內(nèi)核。設備驅(qū)動程序的任務是在應用層和硬件控制代碼之間進行轉(zhuǎn)換操作。主機應用程序通過驅(qū)動程序與系統(tǒng)USBI（USB Device Interface）進行通信，其主要任務是根據(jù)所需處理功能的要求來完成各種基于Windows程序的處理[13]。主機軟件開發(fā)在本系統(tǒng)中占很大的分量也是本系統(tǒng)設計的難點之一。注：固件程序的源代碼見附錄2。5) USB通信協(xié)議實現(xiàn)USB通信協(xié)議實現(xiàn)（）的功能就是響應主機提出的設備要求。所以，中斷處理程序的功能就是從端點0（控制端點）輸出得到主機的各項設備要求，把設備要求發(fā)送USB協(xié)議層譯碼，得到相應的描述符，再把描述符按指定的包長打包，最后通過USB接口D12的端點0輸入送往主機。讀中斷狀態(tài)寄存器判斷中斷類型端點0輸出端點0輸入端點2輸入輸出SOF包掛起總線重置接收SETUPBAO BAO 響應設備要求讀傳輸狀態(tài)寄存器自定義自定義 中斷處理程序流程圖注意：在對端點0、1和2的輸出/輸入引發(fā)中斷的處理時，必須要做這樣一步操作：讀上次傳輸狀態(tài)寄存器（40～45）。 讀中斷寄存器返回值位7 6543210初始值00000000說 明掛起狀態(tài)改變總線重置端點2輸入端點2輸出端點1輸入端點1輸出控制輸入控制輸出本系統(tǒng)設備中，固件程序只須處理端點0的輸出和輸入要求就可以完成設備的正常配置和基本工作。4) 中斷處理程序本系統(tǒng)的中斷處理程序（）。d12write(0x43)。以下是初始化D12的單片機語句：d12m(0xf3)。說明：上電后默認地址為0，暫時不需要改動，一般在收到設定地址的要求時再使用；SoftConnect為斷開狀態(tài)，即這時主機檢測不到設備的接入，需軟件設置SoftConnect為連接狀態(tài)后主機才能檢測到設備接入；初始時鐘輸出為4MHz，本系統(tǒng)要求的系統(tǒng)時鐘為12MHz或24MHz；而設置DMA（set DMA）指令只要在設備內(nèi)部的D12和存儲器間使用DMA才會用到，本系統(tǒng)不用。在只實現(xiàn)基本USB設備功能的本系統(tǒng)中，目前單片機的外部器件中只需要對D12進行初始化。一般將這個延時控制在10ms左右。D12delay（）函數(shù)的原型為void d12delay(void),它的功能是在兩次對D12芯片的操作間加入一定的延時，這個函數(shù)只能在上面3個函數(shù)中使用。D12芯片的數(shù)據(jù)端口地址在本系統(tǒng)中為0x10，定義為unsigned char volatile D12_DATA_AT_0X10,。該端口為只讀。d12m( )函數(shù)的原型為void d12m(unsigned char m.),實現(xiàn)的功能是向D12接口芯片的命令口寫一個字節(jié)的命令字。主程序中斷處理程序USB協(xié)議USB電氣接口驅(qū)動擴展功能 設備固件功能結(jié)構(gòu)圖 2) USB電氣接口驅(qū)動（）USB電氣接口驅(qū)動（）實現(xiàn)的功能是與PDIUSBD12接口芯片之間的通信。中斷程序所做的工作應該包括對每個包的接收清除中斷標志，以使D12能夠觸發(fā)下一次中斷[7]。每次PDIUSBD12接口芯片檢測到USB總線上主機發(fā)給這個設備的信號時候就觸發(fā)一次單片機的外部中斷。單片機初始化的最后一步將D12的SoftConnect功能打開，從這時起，主機才能檢測到設備的接入。主程序完成的工作是上電初始化PDIUSBD1給全局變量置初值、初始化中斷系統(tǒng)，初始化完成之后進入死循環(huán)，等待D12的中斷信號。對很多USB設備來說，字符串描述符都不是必須的，但是字符串描述符的使用有助于提高設備界面的友好性。在一個報告描述符中必須有以下項目：(1)輸入（input）、輸出（output）、特性（feature）或集合（collection）；(2)用途（usage）；(3)用途頁（usage page）；(4)邏輯最大值（logical maximum）；(5)邏輯最小值（logical minimum）；(6)報告長度（report size）；(7)報告記數(shù)值（report count）。6) 報告描述符報告描述符是USB中最復雜的描述符。每一個接口可能對應一個或多個端點，其端點數(shù)目由接口描述符的bNumEndpoints字段設定。對一個設備的配置來說，可能是一種或多種接口類型，其接口的數(shù)目是由配置描述符的bNumInterface字段指定的。對每個設備而言，可能會有一個或多個配置類型，其配置的數(shù)目由設備描述符的最后一個字段bNumConfigurations所設定的。設備描述符包含了設備的基本信息，包括數(shù)據(jù)傳輸時設備遵守USB規(guī)范的版本、數(shù)據(jù)封包大小，以及設備包括的若干特定字符串描述符和配置描述符。其中，設備描述符（device descriptor），配置描述符（configuration descriptor），接口描述符（interface descriptor）和端點描述符（endpoint descriptor）為每個USB設備所必須有的，字符串描述符（string descriptor），各設備類不同的類描述符（class descriptor）及報告描述符（report descriptor）則可以根據(jù)不同的設備進行添加或刪減。因此，編寫固件程序的一個最主要的目的就是讓Windows可以檢測和識別設備。在ISR(中斷服務程序)中，固件讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存值到循環(huán)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，隨后置柏應事件的標志位，CPU繼續(xù)前臺程序，檢測事件標志，執(zhí)行完成相應的事件任務。它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密，包括USB設備的連接、USB協(xié)議、中斷處理等，它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結(jié)合，需要對端口、中斷和硬件結(jié)構(gòu)非常熟悉。其中，USB設備中單片機控制器的固件程序的設計與實現(xiàn)是本章的重點。本系統(tǒng)的軟件設計包括三個大的方面：固件（Firmware）、WDM客戶驅(qū)動（主機操作系統(tǒng)上的客戶驅(qū)動程序）以及主機應用軟件。LPT接口模塊除了可以用做打印機擴展之外，還可以重新定義它的引腳功能作其他數(shù)據(jù)傳輸之用，前提是單片機固件中相應的描述符要更改為打印機之外的其它設備[9]。由于LPT模塊與基本模塊的8位撥碼開關輸入模塊共用P2口，所以在使用LPT模塊時，應禁止撥碼開關模塊的輸入，這里是通過模式選擇開關S1的低位接在用做總線開關的74245上的，故使用LPT模塊時應保證該位為高電平。這樣連接使得以2808為主的這個Flash存儲器模塊有如以下的地