基于mc68hc912d60a的嵌入式usb host——及其在城市輕軌鐵路剎車系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、基于MC68HC912D60A的嵌入式USBHost第1頁（共11頁）基于基于MC68HC912D60A的嵌入式嵌入式USBHost——及其在城市輕軌鐵路剎車系統(tǒng)中的應(yīng)用1綜述綜述從問世，到協(xié)議規(guī)范2.0版本，USB（通用串行總線，簡寫為USB）在不斷自我完善，并走向成熟。從普通計(jì)算機(jī)用戶，計(jì)算機(jī)工程師，到硬件芯片生產(chǎn)廠商，都已經(jīng)完全認(rèn)可了USB。廠商對于USB的硬件和軟件支持的也越來越完備，現(xiàn)在開發(fā)一個(gè)USB外設(shè)產(chǎn)品，所需要投入的成本

2、和時(shí)間大大降低了，幾年前是沒有辦法做到這一點(diǎn)的。但是，隨著USB應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大，人們對于USB的期望也越來越高，希望USB能應(yīng)用在各種計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，尤其是在移動(dòng)通訊領(lǐng)域中，希望能通過PDA等移動(dòng)設(shè)備來直接和USB外設(shè)通信，使得USB能應(yīng)用在沒有PC的領(lǐng)域中。非PC應(yīng)用領(lǐng)域？這正是USB一個(gè)致命的弱點(diǎn)。USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中居于核心地位的是Host（也稱為主機(jī)），任何一次USB的數(shù)據(jù)傳輸都必須由Host來發(fā)起和控制，所有的USB外設(shè)都只能

3、和Host建立連接，任何兩個(gè)外設(shè)之間或是兩個(gè)Host之間無法直接通信。而目前，大量的扮演Host角色的是個(gè)人電腦PC。因此，“如何將USB應(yīng)用到嵌入式領(lǐng)域？如何實(shí)現(xiàn)USB點(diǎn)對點(diǎn)的通訊？”等問題，開始進(jìn)入了USB開發(fā)者的討論議程。正是在這種新的需求之下，USBHost的嵌入式應(yīng)用成了USB領(lǐng)域新的興奮點(diǎn)。本項(xiàng)目也就是在嵌入式USBHost技術(shù)即將起步發(fā)展的背景之下產(chǎn)生的。傳統(tǒng)意義的USB開發(fā)，僅僅是對USB外設(shè)的開發(fā)，USB底層驅(qū)動(dòng)程序和

4、USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序都由Windows等操作系統(tǒng)提供，有關(guān)這些驅(qū)動(dòng)程序的細(xì)節(jié)過程都蒙著一層神秘的面紗。所以，要設(shè)計(jì)USBHost，就須設(shè)計(jì)這兩部分驅(qū)動(dòng)程序，Windows源碼不公開，這些細(xì)節(jié)資料就無從得到。2項(xiàng)目的工程背景項(xiàng)目的工程背景在與鐵道部合作的“城市輕軌鐵路輔助剎車系統(tǒng)”項(xiàng)目即將進(jìn)入收尾階段。其中作為列車運(yùn)行記錄的“黑匣子”是較為獨(dú)立的一個(gè)子系統(tǒng)，主要是采集2路CAN總線上的信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)。但是，這樣一個(gè)系統(tǒng)的弊病是很明顯，

5、因?yàn)樵靸r(jià)太高！每個(gè)系統(tǒng)就要配備一臺(tái)PC，而用途僅僅是USB和PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸，著實(shí)“大材小用”，而且運(yùn)行和維護(hù)起來很不方便。試想，每輛輕軌基于MC68HC912D60A的嵌入式USBHost第3頁（共11頁）寫、格式化等命令），USB海量存儲(chǔ)FAT32文件系統(tǒng)（按照Windows標(biāo)準(zhǔn)，編寫外圍連接的USBFlash存儲(chǔ)器的文件系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性和擴(kuò)展性），USBFlash設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（即通常PC平臺(tái)上開發(fā)的USB外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序

6、，配置USB外設(shè)，實(shí)現(xiàn)USB通信，實(shí)現(xiàn)USBHost要求的各項(xiàng)配置和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，接受USBHost的命令來管理USB外設(shè)）；CAN總線模塊總線模塊，包括4個(gè)CAN模塊，采集外部CAN總線上發(fā)來的4路CAN數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)每1路的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在MC68HC912D60A的緩沖區(qū)中，進(jìn)行USB傳輸做準(zhǔn)備。?SL811HS模塊模塊：基本是USBHost控制器的硬件部分。實(shí)現(xiàn)USBHost的接口，配置下行USB設(shè)備，管理USB總線電源。包括的功能模

7、塊有，USBHost控制器控制器（核心邏輯控制部分，實(shí)現(xiàn)各種USBHost動(dòng)作，協(xié)調(diào)內(nèi)容各項(xiàng)功能，與外圍主控制器通訊），RAM緩沖區(qū)和系統(tǒng)寄存緩沖區(qū)和系統(tǒng)寄存器（存放傳輸?shù)腢SB數(shù)據(jù)，設(shè)置USB傳輸特性），外圍主控制器或外圍主控制器或CPU接口接口（與作為主控制器的MC68HC912D60A接口連接），USB根Hub（管理USB電源，連接下行USB設(shè)備，總共帶有4個(gè)下行USB設(shè)備端口）。?CAN總線模塊總線模塊：收集輕軌鐵路CAN總線系

8、統(tǒng)送來的數(shù)據(jù)。目前，直接收集一般CAN總線的數(shù)據(jù)，用于模擬實(shí)際的系統(tǒng)。?鍵盤模塊鍵盤模塊：通過中斷方式和并口與MC68HC912D60A連接。用于系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，鍵入命令，控制整個(gè)USBHost的工作。比如，按鍵1代表在LCD上顯示USB外設(shè)的信息、按鍵2代表從系統(tǒng)中刪除USB外設(shè)等。?LCD模塊模塊：顯示USBHost系統(tǒng)的信息。通過SPI來控制。?SCI模塊模塊：通過RS232來和PC通訊，用于系統(tǒng)調(diào)試。4硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)4.1核心

9、芯片的選用核心芯片的選用整個(gè)系統(tǒng)的核心芯片是Motola公司的MC68HC912D60A和Cypress公司的USBHost接口芯片SL811HS。USB系統(tǒng)非常復(fù)雜，USBHost是整個(gè)USB系統(tǒng)的核心，執(zhí)行的功能非常多，需要一款處理能力相當(dāng)強(qiáng)的單片機(jī)控制，而且系統(tǒng)需要很強(qiáng)的穩(wěn)定性，在面對USB外設(shè)端電源變化時(shí)，有很強(qiáng)的抗干擾能力。而16位CPU12性能優(yōu)于8位和11系列單片機(jī)的CPU，而32位的單片機(jī)系統(tǒng)過于龐大，因此，選用MC68

10、HC912D60A是比較合適的選擇。4.2MC68HC912D60A的特點(diǎn)的特點(diǎn)?具有60KFlash。整個(gè)USBHost功能復(fù)雜，代碼量很大，60K正好符合這一特點(diǎn)，使得充分利用單片機(jī)片內(nèi)資源，不用外擴(kuò)Flash。而且USBHost功能的實(shí)現(xiàn)需要不斷的調(diào)試，USB外設(shè)的變化，就需要改變USBHost的代碼，這些都充分利用了MC68HC912D60A集成Flash存儲(chǔ)介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。?帶有SCI，這樣，在系統(tǒng)調(diào)試階段，就可以通過PC串口檢測