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】");
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