汽车行驶记录仪中USB Host的研究及应用
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图l 汽 车行 驶记 录仪 总体框图 1 USB简介 汽车行驶记录仪的数据输出有两种方式，第 一种是通过RS232输出，这种输}{ {速度慢。第二 种足 采用 u盘 输出 ．这 种输 出速 度快 ，误 码牢低 。 设备连接到USB H0s T时，USB HOST自 动识 别接【l 设备．并配簧适当的驱动程序。现在的电 子产品移 动存储需求越 来越大，而USB总线以 其优异的性价比和灵活性常用来实现大量数据 交换 。 出于成本及性能的考虑，汽车行驶记录仪 USB Hos t 采用的芯 片为SL81l HST。该芯片符合 USBi ．1规范，町在USB f ul l sp eed ( 1 2 Mbi 嘲 下 工作，数据传输速度足以满足汽车行驶记录仪的 数据传输 要求。 汽车行驶记录仪所采集的数据中，对车速的 采集要 求02秒采集 并存储一个 牟速点． FLASH 擦写次数为1 00 万次，如此频繁的擦写数据，仅 用Fba s h进行 数据存储是 不能满足委 求的．而 FRAM没有数据擦写的次数限制。敝数据存储方 式采用小容量FRAM加FLas h的方式，为降低 FRAM加FLas h存 储器的硬件成本 ．提高数据传 输效率．在对3 60小时及经纬度位置信息的存储 方案中。采用r 数据压缩算法．仅用了120K的存 储空间就完成了360小时数据的存储：数据J f缩 算法利用时间地址链表法。即将时间地址单独压 缩存储，作为车速及经纬度数据的查询链表．同 时经纬度数据的存储采用ft 缔的BCD码存储。 当需要从汽车行驶记录仪中读取所记录数 据时， 只需插入u盘．CPU自动 识别u盘并加载 驱动程序，当完成设备枚举和Bul k_Onl y传输协
最初在汽车行驶记录仪读写u 盘时，对某些 型号的u 盘存在不识别或速度慢的问题，这个问 题通过在软件的适当位置增加延时的方法得到 了很好的解决。
到目前为 止，通过USB HOST在数万台汽 车行驶记录仪中的实际应用。产品性能达到了设 计要 求并 满足 了市场 要求 。
4小结 本设计实现 了汽车行驶记录仪的USB HOST功能．使汽车行驶记录仪与优盘可进行大 量数据的快速交换。基r 本没计的产品在用户的 使用过 程l }1' i 叁到 了很好的效 果，方便了 用户对大 量数据 进行快速采 集。
3, 3 Get Devi ce Descr i pt or 。主 机再次发送请 求得到设备描述符的数据包 ( 80．06．00．叭。oo．00，12．00)。与上次不同的足，
要求的数据的长度是实际的数据长度，因为设备 每次只能发送16 个字节。因此它会分两次完成 此要求( ”l 2．‘指12H，十进制值为18) 。
在汽车 行驶记录仪中 , CPU采用MBgOF347, USBHOST接口芯片采用s 嵋l l HsT。CPU通过 并f l 与SL81 1HST的并口数据线相连，通过控制
SL8l l HsT的CS．RD、WR、 I NTRQ、A0就州以实 现数据传输。
根据 USB总线的 电气 特性要 求，在 USB收 发器之f i 仃串接了221] 电阻同时根据12 Mhi 吲全 速1的设备传输速度．配置了15 K下拉电阻及4 7P 下拉电容。品振采用r 48MHZ的有源品振，
3 USB HOST软件功能设 计 当SL8l l HST连接上USB设备后就会产生 —个中断。MB90F347接收到中断后进入枚举过 程。主机对USB没备的识别过程叫做故举，—个 完整 的对USB i 殳备枚举的过程为： 3． I Get Devi ce Des cr i pt or 。主 机的第—个命 令要 求得到 设备描 述符，此 SETUP包为 8个 字 节数据( 80，06．00，01，00。00，40，00) ，‘l 加r 表示返 回数据长度最人为40 H个字节。实际上。只返回
t r of l er ’Cypr es s Semi cond uct or Corpora t i on,
2002
面向对象技术、通信中问件和数据库中问件技 术、I nl emet 技术的考虑能镀管理系统、电力市场 技术支持系统，电能量计最系统需求．电网调度 自动化系统技术EMS／I ' MP矿FMS—体化平台建设 的基础 条件已经成 熟，
一个包，即数组DEV—DESCf l 中的前8个字节， 用于说明设备的描述符的真实长度和设备的类 型。
3．2 s et Ad dr e ss。接着是设置设备地址处理 事件 ，主机 发送一 个含有指 定地址 的数据 包
( 00．05，02，00，00，00，00，00) 。在主机只有一个 USB设备的时候，这个地址—般会是2．最大地址 12 7，USB沸议中町以连接1 27个设备。设嚣地址 事件处理结束后。设备进入地址状态。主机以后 会在 新的 指定 地址处 访问 设备 。
3．4 Get Conf i gu mt i on Des cr i pt or 。 接着主机 要求得到设备的配置描述符 ( 80，06，00．02．00，00．09．00) ．包中数据“09”指定 设备 发送 9个字 节， 这正 是设备 舀￡ 置描 述符 的长
度。
计、安伞分析．最优潮流等) 的浏览．使得EMS应 用软件的实用化水平的提高得到了进一步的保 证，延伸了EMS系统的对外窗口．进一步提高了 EMS系统的服务水平二同时．随着网络带宽的提 高和网络速度的加快。网上远程教育系统将会得 到进一步的发展，I nt er net 将会提供更全面的信 息服 务 。
FATl 6文 件系统的 根目录 区的FDT作为 系 统区 的一部 分，它 是固定区 域、固 定大小 的。它 是 从FAT表区之后 紧接着的32个扇 区，最多保存 512个目录项一个日录项仍然占32个字节。 FAT32中 的根FDT不 再是固定 的区域 、同定 的
大小。它采用与子目录FDT栩f 口1的管理方式。根 目录下的文 件数目不再受最多512个目录项的 限制，但—个目录项仍然占32个字节，可以是文 件目录项、子目录项、卷标项( 仅根目录有) 、已删 除目录项、长文件名目录项等。也就足说在记录 仪既存储长文件名又存储短文件名的情况下， FATl 6文件系统的根目录区存储 文件数骚受到 限制，u 盘容量再大．也不会得到充分利用，而 FA乃2 文件系统无此限制。
3结语
从目前可以看出，在基于r Ⅳ陋RⅣET技术、
"读取全部Conf i gur at i on De ．∽．ri pt or o接着 主机要求得到设备拿部的配置描述符、接口描述 符和节．点描述符( 80，06，00．02．00，oo，FF，00)，由 于． ￡机不 知道设 备描述符 的真实 长度， 因此它 要 求 得到 25 6个 字节 。
议后, CPU就可以把汽车行驶记录仪中记录的数 据以FA仍2文 件格式传 输到U盘。
2 USB t l OST硬件功能设计
考虑到成本、开发周期、汽车行驶记录仪对 CPU的资 源需求及CPU代理商对CPU开发t 具的提供速度，采用熟悉及资源可满足需求的 CPU是最 有利的 ，汽乍 行驶记录 仪的CPU采 用 富士 通的MB90F347，该CPU为上 业级、 有4路 RS232串f 】、一路CAN总线。片上资源可满足汽 车行 驶记录仪 的使用 。
参 考文献
f I ] PDl USBDl 2固件编程与驱动程序开发，用立 功 等编 著， 北 京航 空航 天 大学 出 版社 200 3 [ 21us8外围设备设计与应用．许永和编著，中 国电力出版社．2Hale Waihona Puke Baidu02． 13I SL8 1 l HS Embedded USB Hos CSl ave Col [ 1一
对众 多的EMS应用软 件的接 n和 分析 技术进 行 重新设计．即EM郇毡力f “场应州软件的统一设 计。分别实施。电力市场交易与安全分析—体化 的设计为安全、经济的电力市场的开展提供了可 靠的技术 基础。
5) I nt er net 信息服务技术 I nt eme t 不但为 远程维护提供 了全新的手 段．而 且将传统的 电网参 和 实时SCADA的 浏览 扩展到AGC功能、 EMS应 用功能( 状态估
◆考 文 ■ f 11王绍 芹．电力企 业自动化系 统互连．山 东大学．
2Ⅸ) 904 30
一16一
中国新技术新产品
21 11塑Q：墅
Lhi na New Te c hno l ogi e s a nd Pr o duc t s
高新技术
汽 车 行 驶 记 录 仪 中 USB Hos t 的 研 究 及 应 用
祝文 甫
( 航天科技控股集团股份有限公司，黑龙汪哈尔滨150060)
摘要：本文介绍了基于CPU和SL81 1HST接，口芯片在汽车行驶记录仪中实现USB HOST功能的设计方案，对USB HOST中的关键 技术 USB设备 枚举、 FAT32文件 系统 的实现 做了较 详细 的说明 。 关键词：USB H0s T；SL8l l HsT；设备枚举；FAT32
汽车 行驶 记录 仪二 ￡要 由信 号采 集、 GPS经 纬 度采集、打印输出、液品硅示、数据存储、USB Hos t ．实时时钟、电源、按键、I C骨识别等几大模 块组 成。它 的主 要作用 是通过 采集午 ．辆 行驶过 程 中的车速、转速等脉冲信号及刹乍、转向等开关 量信号，依据实时时钟为时间轴，记录驾驶员的 驾驶行为，判断f j j 驾驶员是否出现疲劳驾驶．或 在哞_辆肇事时作为违章责任的判定依据。汽车行 驶记录仪总体框图如图l 所示。
以上枚举过程的各个数据包可以采用 bus hou nd软件来观察 ，在计算机上 使用 bu shou nd软件时，一定要先启动bu shou nd软件， 然后再把 u盘插 到计算机上．在 bushound软件 界面卜就会出现u 盘的相应描述符。
汽车 行驶记录 仪中的 文件系 统没有采 用 FATl 6文件系统，而是直接采用了FAT32文件 系统，主要是基 于以下原因：
最初在汽车行驶记录仪读写u 盘时，对某些 型号的u 盘存在不识别或速度慢的问题，这个问 题通过在软件的适当位置增加延时的方法得到 了很好的解决。
到目前为 止，通过USB HOST在数万台汽 车行驶记录仪中的实际应用。产品性能达到了设 计要 求并 满足 了市场 要求 。
4小结 本设计实现 了汽车行驶记录仪的USB HOST功能．使汽车行驶记录仪与优盘可进行大 量数据的快速交换。基r 本没计的产品在用户的 使用过 程l }1' i 叁到 了很好的效 果，方便了 用户对大 量数据 进行快速采 集。
3, 3 Get Devi ce Descr i pt or 。主 机再次发送请 求得到设备描述符的数据包 ( 80．06．00．叭。oo．00，12．00)。与上次不同的足，
要求的数据的长度是实际的数据长度，因为设备 每次只能发送16 个字节。因此它会分两次完成 此要求( ”l 2．‘指12H，十进制值为18) 。
在汽车 行驶记录仪中 , CPU采用MBgOF347, USBHOST接口芯片采用s 嵋l l HsT。CPU通过 并f l 与SL81 1HST的并口数据线相连，通过控制
SL8l l HsT的CS．RD、WR、 I NTRQ、A0就州以实 现数据传输。
根据 USB总线的 电气 特性要 求，在 USB收 发器之f i 仃串接了221] 电阻同时根据12 Mhi 吲全 速1的设备传输速度．配置了15 K下拉电阻及4 7P 下拉电容。品振采用r 48MHZ的有源品振，
3 USB HOST软件功能设 计 当SL8l l HST连接上USB设备后就会产生 —个中断。MB90F347接收到中断后进入枚举过 程。主机对USB没备的识别过程叫做故举，—个 完整 的对USB i 殳备枚举的过程为： 3． I Get Devi ce Des cr i pt or 。主 机的第—个命 令要 求得到 设备描 述符，此 SETUP包为 8个 字 节数据( 80，06．00，01，00。00，40，00) ，‘l 加r 表示返 回数据长度最人为40 H个字节。实际上。只返回
t r of l er ’Cypr es s Semi cond uct or Corpora t i on,
2002
面向对象技术、通信中问件和数据库中问件技 术、I nl emet 技术的考虑能镀管理系统、电力市场 技术支持系统，电能量计最系统需求．电网调度 自动化系统技术EMS／I ' MP矿FMS—体化平台建设 的基础 条件已经成 熟，
一个包，即数组DEV—DESCf l 中的前8个字节， 用于说明设备的描述符的真实长度和设备的类 型。
3．2 s et Ad dr e ss。接着是设置设备地址处理 事件 ，主机 发送一 个含有指 定地址 的数据 包
( 00．05，02，00，00，00，00，00) 。在主机只有一个 USB设备的时候，这个地址—般会是2．最大地址 12 7，USB沸议中町以连接1 27个设备。设嚣地址 事件处理结束后。设备进入地址状态。主机以后 会在 新的 指定 地址处 访问 设备 。
3．4 Get Conf i gu mt i on Des cr i pt or 。 接着主机 要求得到设备的配置描述符 ( 80，06，00．02．00，00．09．00) ．包中数据“09”指定 设备 发送 9个字 节， 这正 是设备 舀￡ 置描 述符 的长
度。
计、安伞分析．最优潮流等) 的浏览．使得EMS应 用软件的实用化水平的提高得到了进一步的保 证，延伸了EMS系统的对外窗口．进一步提高了 EMS系统的服务水平二同时．随着网络带宽的提 高和网络速度的加快。网上远程教育系统将会得 到进一步的发展，I nt er net 将会提供更全面的信 息服 务 。
FATl 6文 件系统的 根目录 区的FDT作为 系 统区 的一部 分，它 是固定区 域、固 定大小 的。它 是 从FAT表区之后 紧接着的32个扇 区，最多保存 512个目录项一个日录项仍然占32个字节。 FAT32中 的根FDT不 再是固定 的区域 、同定 的
大小。它采用与子目录FDT栩f 口1的管理方式。根 目录下的文 件数目不再受最多512个目录项的 限制，但—个目录项仍然占32个字节，可以是文 件目录项、子目录项、卷标项( 仅根目录有) 、已删 除目录项、长文件名目录项等。也就足说在记录 仪既存储长文件名又存储短文件名的情况下， FATl 6文件系统的根目录区存储 文件数骚受到 限制，u 盘容量再大．也不会得到充分利用，而 FA乃2 文件系统无此限制。
3结语
从目前可以看出，在基于r Ⅳ陋RⅣET技术、
"读取全部Conf i gur at i on De ．∽．ri pt or o接着 主机要求得到设备拿部的配置描述符、接口描述 符和节．点描述符( 80，06，00．02．00，oo，FF，00)，由 于． ￡机不 知道设 备描述符 的真实 长度， 因此它 要 求 得到 25 6个 字节 。
议后, CPU就可以把汽车行驶记录仪中记录的数 据以FA仍2文 件格式传 输到U盘。
2 USB t l OST硬件功能设计
考虑到成本、开发周期、汽车行驶记录仪对 CPU的资 源需求及CPU代理商对CPU开发t 具的提供速度，采用熟悉及资源可满足需求的 CPU是最 有利的 ，汽乍 行驶记录 仪的CPU采 用 富士 通的MB90F347，该CPU为上 业级、 有4路 RS232串f 】、一路CAN总线。片上资源可满足汽 车行 驶记录仪 的使用 。
参 考文献
f I ] PDl USBDl 2固件编程与驱动程序开发，用立 功 等编 著， 北 京航 空航 天 大学 出 版社 200 3 [ 21us8外围设备设计与应用．许永和编著，中 国电力出版社．2Hale Waihona Puke Baidu02． 13I SL8 1 l HS Embedded USB Hos CSl ave Col [ 1一
对众 多的EMS应用软 件的接 n和 分析 技术进 行 重新设计．即EM郇毡力f “场应州软件的统一设 计。分别实施。电力市场交易与安全分析—体化 的设计为安全、经济的电力市场的开展提供了可 靠的技术 基础。
5) I nt er net 信息服务技术 I nt eme t 不但为 远程维护提供 了全新的手 段．而 且将传统的 电网参 和 实时SCADA的 浏览 扩展到AGC功能、 EMS应 用功能( 状态估
◆考 文 ■ f 11王绍 芹．电力企 业自动化系 统互连．山 东大学．
2Ⅸ) 904 30
一16一
中国新技术新产品
21 11塑Q：墅
Lhi na New Te c hno l ogi e s a nd Pr o duc t s
高新技术
汽 车 行 驶 记 录 仪 中 USB Hos t 的 研 究 及 应 用
祝文 甫
( 航天科技控股集团股份有限公司，黑龙汪哈尔滨150060)
摘要：本文介绍了基于CPU和SL81 1HST接，口芯片在汽车行驶记录仪中实现USB HOST功能的设计方案，对USB HOST中的关键 技术 USB设备 枚举、 FAT32文件 系统 的实现 做了较 详细 的说明 。 关键词：USB H0s T；SL8l l HsT；设备枚举；FAT32
汽车 行驶 记录 仪二 ￡要 由信 号采 集、 GPS经 纬 度采集、打印输出、液品硅示、数据存储、USB Hos t ．实时时钟、电源、按键、I C骨识别等几大模 块组 成。它 的主 要作用 是通过 采集午 ．辆 行驶过 程 中的车速、转速等脉冲信号及刹乍、转向等开关 量信号，依据实时时钟为时间轴，记录驾驶员的 驾驶行为，判断f j j 驾驶员是否出现疲劳驾驶．或 在哞_辆肇事时作为违章责任的判定依据。汽车行 驶记录仪总体框图如图l 所示。
以上枚举过程的各个数据包可以采用 bus hou nd软件来观察 ，在计算机上 使用 bu shou nd软件时，一定要先启动bu shou nd软件， 然后再把 u盘插 到计算机上．在 bushound软件 界面卜就会出现u 盘的相应描述符。
汽车 行驶记录 仪中的 文件系 统没有采 用 FATl 6文件系统，而是直接采用了FAT32文件 系统，主要是基 于以下原因：