嵌入式系统设计USB接口实验.docx

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嵌入式系统设计USB接口实验

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告

（2011—2012学年第2学期）

课程名称：

嵌入式系统设计开课实验室：

信自楼4432012年4月19日

年级、专业、班

计科xx

学号

Xxxxxxxxxxxx

姓名

Xxxx

成绩

实验项目名称

USB接口实验

指导教师

Xx

教师评语

该同学是否了解实验原理：

A.了解□B.基本了解□C.不了解□

该同学的实验能力：

A.强□B.中等□C.差□

该同学的实验是否达到要求：

A.达到□B.基本达到□C.未达到□

实验报告是否规范：

A.规范□B.基本规范□C.不规范□

实验过程是否详细记录：

A.详细□B.一般□C.没有□

教师签名：

年月日

一、实验目的

1、了解USB接口基本原理。

2、掌握通过USB接口与PC通讯的编程技术。

二、实验原理

1．USB基础介绍

通用串行总线协议USB（UniversalSerialBus）是由Intel、Compaq、Microsoft等公司联合提出的一种新的串行总线标准，主要用于PC机与外围设备的互联。

USB支持三种设备传输速率：

低速设备1.5Mb/s、中速设备12Mb/s和高速设备480Mb/s。

其主要特点是：

1支持即插即用。

②传输速度快。

③连接方便。

④独立供电。

⑤成本低。

2．USB的组成

USB规范中将USB分为以下五个部分：

1控制器（HostController）：

负责执行由控制器驱动程序发出的命令。

2控制器驱动程序（HostControllerDriver）：

在控制器与USB设备之间建立通信通道。

3USB芯片驱动程序（USBDriver）：

提供对USB芯片的支持和固件（Firmware）的支持。

4USB设备（USBDevice）：

与PC相连的USB外围设备。

5设备驱动程序（ClientDriverSoftware）：

驱动USB设备的程序。

3．USB的传输方式

针对设备对系统资源需求的不同，在USB规范中规定了四种不同的数据传输方式：

1同步传输（Isochronous）：

以固定的传输速率，连续不断地在主机与USB设备之间传输数据，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是继续传送新的数据。

2中断传输（Interrupt）：

用于较小数据量传送，但它处理及时，实时性好。

3控制传输（Control）：

用于主机到USB设备的数据传输，包括设备控制指令、设备状态查询及确认命令。

4批量传输（Bulk）：

此方式不能保证传输的速率，但可保证数据的可靠性，当出现错误时，会要求发送方重发。

4．USB设备开发

USB设备开发包括硬件电路设计和软件设计两部分内容，其中软件部分又包括USB芯片驱动程序和应用程序两部分。

USB设备在硬件上通过USB芯片实现。

基于硬件资源，用USB芯片驱动程序来实现USB的功能。

5．USB电路设计原理

EmbestS3CEV40实验系统的USB接口模块采用美国国家半导体公司的USBN9603USB控制器，该控制器是全速USB节点器件，完全兼容USB1.0，USB1.1通信规范。

实验系统中USBN9603与S3C44B0X处理器的连接图如图1-6所示。

S3CEV40的电路设计中采用非复用的8位并行总线模式。

该模式中没有使用DMA方式。

因此DACK接高电平。

CPU通过译码器生成的片选信号CS1对USB控制器进行选通，USBN9603通过EXINT0对CPU发出中断请求。

6．USB设备驱动程序设计

①USB读写

EmbestS3CEV40的USB控制器用户寄存器有两个：

只写内部地址寄存器和可读/写数据检测器。

内部地址寄存器的地址为0x02000002，数据寄存器的地址为0x02000000。

对USB控制器进行读操作（包括读USB内部寄存器及数据）时，第一步是设置USB6位宽的内部地址寄存器，指明将要从USB某个内部地址读一个字节，第二步是从数据寄存器读出8位宽的数据。

对USB进行写操作类似读操作，第一步同样是设置USB的内部地址寄存器，指明将要写一个字节数据到USB内部某个地址中去,第二步是向数据寄存器写入8位宽的数据。

②USB中断

USB控制器中断请求引脚连接S3C44B0X外部中断引脚EXINT0，对应的中断向量为0。

初始化USB中断的步骤如下：

a）初始化中断控制器的INTCON及中断方式寄存器INTMOD，使能EXINT0中断。

b）安装USB中断服务程序入口到中断向量。

c）初始化I/O端口G组控制器PCONG，PUPG指明EXINT0是作为中断输入引脚使用。

d）设置外部中断寄存器EXTINT，指明中断触发方式。

③初始化USB

初始化USB需要使用USB读/写函数对USB控制器内部的控制寄存器进行设置。

步骤如下：

a）设置主控制寄存器MCNTRL的软件复位位（SRST），以复位USB控制器。

b）设置主控制寄存器MCNTRL的电压调整位（VGE）及中断输出位（INTOC），以禁止中断输出。

c）写时钟寄存器CCONF，设置USB控制器的工作频率。

d）初始化功能寄存器FAR及EPC0寄存器。

端点号0为双向端点，用作控制使用。

e）设置中断屏蔽寄存器，包括主屏蔽寄存器MAMSK、无应答事件寄存器NAKMSK、发送事件寄存器TXMSK、接收事件寄存器RXMSK和Alternate事件寄存器ALTMSK。

f）允许USB控制器中信号输出，使控制器附加到USB总线上。

④USB中断服务例程

中断服务程序处理USB控制器产生的中断，它将数据从USB内部FIFO读出，并建立正确的事件标志，以通知主循环程序处理。

基本步骤如下：

a）从主事件寄存器MAEV中读出产生中断的事件。

b）根据MAEV某位的状态来判别事件，接着读取相应的事件寄存器：

接收事件寄存器RXEV，或发送事件寄存器TXEV，或无应答事件寄存器NAKEV，或Alternate事件寄存器ALTEV。

c）进一步判别事件寄存器某位的状态，根据具体事件分别做出相应的操作。

三、实验内容

编写USB通信程序，基于已有的USB驱动程序接口，完成与PC端的USB测试程序之间的数据接收与发送。

四、实验步骤

1.实验环境准备。

使用USB连接线连接S3CEV40的USB接口和PC主机的USB接口；通过Embest仿真器连接PC主机并行口和目标板JTAG接口。

2.编译、链接、运行USB例程。

使用EmbestIDE打开USB_Test\Model9603\Model9603.ews工作区，直接编译链接输出可执行文件Model9603.elf，下载到S3CEV40上运行。

注意：

需调整Model9603工程中的Project->Settings…->linker->AddLibrarySeachingPath库路径设置，使其包含正确的gcc标准库路径。

3.安装USB设备驱动程序。

运行USB例程后，Windows弹出发现新硬件的提示对话框，按照安装向导安装驱动程序EmbestS3CEV40USBDriver，驱动程序安装文件位USB_Test\Driver目录。

五、实验程序

#include

#include

#include"44b.h"

#include"option.h"

#include"usblib.h"

#defineU32unsignedint

#defineU16unsignedshort

#defineS32int

#defineS16shortint

#defineU8unsignedchar

#defineS8char

#defineTRUE1

#defineFALSE0

externintdtapid_TGL3PID;

U8COMbuf[64];

U8COMlen;

/*FlushanddisabletheUSBTX3**************************************/

#defineFLUSHTX3{write_usb（TXC3,FLUSH）;}

/*enableTX3,usingtheappropriateDATAPID,butnottogglingit****/

#defineTXEN3_PID_NO_TGL\

{if（dtapid_TGL3PID）write_usb（TXC3,TX_TOGL+TX_LAST+TX_EN）;\

elsewrite_usb（TXC3,TX_LAST+TX_EN）;/*DATA3*/\

}

/*enableTX3,usingtheappropriateDATAPID*************************/

#defineTXEN3_PID\

{TXEN3_PID_NO_TGL;\

dtapid_TGL3PID=!

dtapid_TGL3PID;}

/****************************************************************************

【功能说明】锁相环设置，修改系统主频

Fout=（8+M_DIV）*Fin/[（2+P_DIV）*（2^S_DIV）]

****************************************************************************/

voidChangePllValue（intmdiv,intpdiv,intsdiv）

{

rPLLCON=（mdiv<<12）|（pdiv<<4）|sdiv;

}

/****************************************************************************

【功能说明】通用延时函数，延时time个100us

****************************************************************************/

staticintdelayLoopCount=400;

voidDelay（inttime）

{

inti,adjust=0;

if（time==0）

{

time=200;

adjust=1;

delayLoopCount=400;

rWTCON=（（MCLK/1000000-1）<<8）|（2<<3）;

rWTDAT=0xffff;

rWTCNT=0xffff;

rWTCON=（（MCLK/1000000-1）<<8）|（2<<3）|（1<<5）;

}

for（;time>0;time--）

for（i=0;i

if（adjust==1）

{

rWTCON=（（MCLK/1000000-1）<<8）|（2<<3）;

i=0xffff-rWTCNT;

delayLoopCount=8000000/（i*64）;

}

}

/****************************************************************************

【功能说明】IO端口功能、方向设定

****************************************************************************/

voidPort_Init（void）

{

//CAUTION:

Followtheconfigurationorderforsettingtheports.

//1）settingvalue

//2）settingcontrolregister

//3）configurepull-upresistor.

//16bitdatabusconfiguration

//PORTAGROUP

//BIT9876543210

//A24A23A22A21A20A19A18A17A16A0

//0111111111

rPCONA=0x1ff;

//PORTBGROUP

//BIT109876543210

///CS5/CS4/CS3/CS2/CS1GPB5GPB4/SRAS/SCASSCLKSCKE

//EXTNICUSBIDESMCNCNCSdramSdramSdramSdram

//1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1

rPDATB=0x7ff;//P9-LED1P10-LED2

rPCONB=0x1cf;

rPDATC=0xff00;

rPCONC=0x4ff0ffff;

rPUPC=0x30ff;//PULLUPRESISTORshouldbeenabledtoI/O

rPDATD=0xff;

rPCOND=0xaaaa;

rPUPD=0x0;

LcdDisp

rPDATE=0x1ff;

rPCONE=0x25529;

rPUPE=0x6;

rPDATF=0x0;

rPCONF=0x252a;

rPUPF=0x0;

rPDATG=0xff;

rPCONG=0xffff;

rPUPG=0x0;//shouldbeenabled

rSPUCR=0x7;//D15-D0pull-updisable

/*定义非Cache区*/

rNCACHBE0=（（Non_Cache_End>>12）<<16）|（Non_Cache_Start>>12）;

rNCACHBE1=（（Non_Cache_End>>12）<<16）|（Non_Cache_Start>>12）;

/*所有的外部硬件中断为低电平触发*/

rEXTINT=0x0;

}

/****************************************************************************

【功能说明】异步串行口0初始化

****************************************************************************/

voidUart0_Init（intmclk,intbaud）

{

if（mclk==0）

mclk=MCLK;

rUFCON0=0x0;//禁止使用FIFO

rUMCON0=0x0;//禁止使用FIFO

rULCON0=0x3;//正常无奇偶校验，一个停止位，8个数据位

rUCON0=0x245;

rUBRDIV0=（（int）（mclk/16./baud+0.5）-1）;

Delay

（1）;//延时若干个100us

}

/****************************************************************************

【功能说明】异步串行口1初始化

****************************************************************************/

voidUart1_Init（intmclk,intbaud）

{

if（mclk==0）

mclk=MCLK;

rUFCON1=0x0;//禁止使用FIFO

rUMCON1=0x0;//禁止使用FIFO

rULCON1=0x3;//正常无奇偶校验，一个停止位，8个数据位

rUCON1=0x245;

rUBRDIV1=（（int）（mclk/16./baud+0.5）-1）;

Delay

（1）;//延时若干个100us

}

/****************************************************************************

【功能说明】从串行口收取一个字符，ch为0从UART0收取，ch为1从UART1收取

****************************************************************************/

charUart_Getch（U8ch）

{

if（ch==0）

{

while（!

（rUTRSTAT0&0x1））;//等待直到接受到一个数据

returnrURXH0;

}

else

{

while（!

（rUTRSTAT1&0x1））;//等待直到接受到一个数据

returnrURXH1;

}

}

/****************************************************************************

【功能说明】检查串行口是否收到字符并返回，ch为0从UART0收取，ch为1从UART1收取

****************************************************************************/

charUart_GetKey（U8ch）

{

if（ch==0）

{

if（rUTRSTAT0&0x1）//如果收到字符就返回该字符

returnrURXH0;

elsereturn0;//如果没有收到字符就返回0

}

else

{

if（rUTRSTAT1&0x1）//如果收到字符就返回该字符

returnrURXH1;

elsereturn0;//如果没有收到字符就返回0

}

}

/****************************************************************************

【功能说明】向串行口发送一个数据，ch为0向UART0发送，ch为1向UART1发送

****************************************************************************/

voidUart_SendByte（U8ch,intdata）

{

if（ch==0）

{

if（data=='\n'）

{

while（!

（rUTRSTAT0&0x2））;

//改动延时时间1--10

Delay（10）;//由于超级终端反应较慢，有一个微小延迟

WrUTXH0（'\r'）;

}

while（!

（rUTRSTAT0&0x2））;//等待知道THR变空

//改动延时时间1--10

Delay（10）;

rUTXH0=data;

}

else

{

if（data=='\n'）

{

while（!

（rUTRSTAT1&0x2））;

//改动延时时间1--10

Delay（10）;//由于超级终端反应较慢，有一个微小延迟

rUTXH1='\r';

}

while（!

（rUTRSTAT1&0x2））;//等待知道THR变空

//改动延时时间1--10

Delay（10）;

rUTXH1=data;

}

}

/****************************************************************************

【功能说明】向串行口发送一个字符串，ch为0向UART0发送，ch为1向UART1发送

****************************************************************************/

voidUart_SendString（U8ch,char*pt）

{

while（*pt）Uart_SendByte（ch,*pt++）;

}

/****************************************************************************

【功能说明】以标准格式printf向串行口发送一个字符串

ch为0向UART0发送，ch为1向UART1发送。

（如果不用vsprintf代码会减小很多！

）

****************************************************************************/

voidUart_Printf（U8ch,char*fmt,...）

{

va_listap;

charstring[256];

va_start（ap,fmt）;

vsprintf（string,fmt,ap）;

Uart_SendString（ch,string）;

va_end（ap）;

}

/****************************************************************************

【功能说明】系统主函数

****************************************************************************/

voidMain（void）

{

rINTCON=0x00000000;

rINTMSK=0x07ffffff;

rINTMOD=0x00000000;//IRQ方式

Port_Init（）;//IO端口功能、方向设定

Uart0_Init（0,115200）;//异步串行口0初始化，设置波特率为115200

Uart_Printf（0,"\n【SAMSUNGS3C44B0X开发板】"）;

Uart_Printf（0,"\n【Flash：

2MBytesSST39VF160】"）;

Uart_Printf（0,"\n【SDRAM：

8MBytesHY57V641620HG】"）;