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（2012———2013 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443 2013年4月17 日实验二USB接口实验一、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（Universal Serial Bus）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1.5 Mb/s、中速设备12 Mb/s和高速设备480 Mb/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（Host Controller）：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(Host Controller Driver)：在控制器与USB设备之间建立通信通道。

③USB芯片驱动程序(USB Driver)：提供对USB芯片的支持和固件（Firmware）的支持。

④USB设备(USB Device)：与PC相连的USB外围设备。

⑤设备驱动程序(Client Driver Software)：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Embest S3CEV40实验系统的USB接口模块采用美国国家半导体公司的USBN9603 USB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① USB读写Embest S3CEV40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。

② USB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。

④ USB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->Add Library Seaching Path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Embest S3CEV40 USB Driver，驱动程序安装文件位USB_Test\Driver目录。

五、实验程序#include <stdio.h>#include <stdarg.h>#include "44b.h"#include "option.h"#include "usblib.h"#define U32 unsigned int#define U16 unsigned short#define S32 int#define S16 short int#define U8 unsigned char#define S8 char#define TRUE 1#define FALSE 0extern int dtapid_TGL3PID;U8 COMbuf[64];U8 COMlen;/* Flush and disable the USB TX3 **************************************/#define FLUSHTX3 {write_usb(TXC3,FLUSH);}/* enable TX3, using the appropriate DATA PID, but not toggling it ****/#define TXEN3_PID_NO_TGL \ { if(dtapid_TGL3PID) write_usb(TXC3,TX_TOGL+TX_LAST+TX_EN); \else write_usb(TXC3,TX_LAST+TX_EN); /*DATA3*/\}/* enable TX3, using the appropriate DATA PID *************************/#define TXEN3_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) ]****************************************************************************/ void ChangePllValue(int mdiv,int pdiv,int sdiv){rPLLCON = (mdiv << 12) | (pdiv << 4) | sdiv;}/**************************************************************************** 【功能说明】通用延时函数，延时time个100us****************************************************************************/ static int delayLoopCount = 400;void Delay(int time){int i,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<delayLoopCount;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****************************************************************************/void Port_Init(void){//CAUTION:Follow the configuration order for setting the ports.// 1) setting value// 2) setting control register// 3) configure pull-up resistor.//16bit data bus configuration// PORT A GROUP// BIT 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0// A24 A23 A22 A21 A20 A19 A18 A17 A16 A0// 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1rPCONA = 0x1ff;// PORT B GROUP// BIT 10 9 8 7 6 5 4 3 21 0// /CS5 /CS4 /CS3 /CS2 /CS1 GPB5 GPB4 /SRAS /SCAS SCLK SCKE// EXT NIC USB IDE SMC NC NC SdramSdram Sdram Sdram// 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1rPDATB = 0x7ff; // P9-LED1 P10-LED2rPCONB = 0x1cf;rPDATC = 0xff00;rPCONC = 0x4ff0ffff;rPUPC = 0x30ff; //PULL UP RESISTOR should be enabled to I/OrPDATD= 0xff;rPCOND= 0xaaaa;rPUPD = 0x0;LcdDisprPDATE = 0x1ff;rPCONE = 0x25529;rPUPE = 0x6;rPDATF = 0x0;rPCONF = 0x252a;rPUPF = 0x0;rPDATG = 0xff;rPCONG = 0xffff;rPUPG = 0x0; //should be enabledrSPUCR = 0x7; //D15-D0 pull-up disable/*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****************************************************************************/ void Uart0_Init(int mclk,int baud){if(mclk == 0)mclk = MCLK;rUFCON0 = 0x0; //禁止使用FIFOrUMCON0 = 0x0; //禁止使用FIFOrULCON0 = 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****************************************************************************/ void Uart1_Init(int mclk,int baud){if(mclk == 0)mclk = MCLK;rUFCON1 = 0x0; //禁止使用FIFOrUMCON1 = 0x0; //禁止使用FIFOrULCON1 = 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****************************************************************************/ char Uart_Getch(U8 ch){if(ch == 0){while(!(rUTRSTAT0 & 0x1)); //等待直到接受到一个数据return rURXH0;}else{while(!(rUTRSTAT1 & 0x1)); //等待直到接受到一个数据return rURXH1;}}/**************************************************************************** 【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****************************************************************************/ char Uart_GetKey(U8 ch){if(ch == 0){if(rUTRSTAT0 & 0x1) //如果收到字符就返回该字符return rURXH0;else return 0; //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return rURXH1;else return 0; //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****************************************************************************/ void Uart_SendByte(U8 ch,int data){if(ch == 0){if(data == '\n'){while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));//改动延时时间1--10Delay(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--10Delay(10);rUTXH0 = data;}else{if(data == '\n'){while(!(rUTRSTAT1 & 0x2));//改动延时时间1--10Delay(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--10Delay(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****************************************************************************/ void Uart_SendString(U8 ch,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。