劉彥 黔南民族師范學院計算機科學系 558000

基于PDIUSBD12的USB接口設計應用研究

劉彥 黔南民族師范學院計算機科學系 558000

USB設備的廣泛使用，使得USB接口的設計與開發(fā)越來越重要，PHILIPS公司的USB接口控制芯片PDIUSBD12性價比高簡單易用，是較為理想的USB接口設計開發(fā)芯片。文章主要從主機與PDIUSBD12之間的數(shù)據(jù)通信過程的層面來介紹USB設備的設計開發(fā)。

USB；PDIUSBD12；端點；描述符

1.引言

USB以其傳輸速度快、可靠性高、易于擴展、功耗低等優(yōu)點已被廣泛地應用在計算機外設中，已成為計算機與外設通信的主流接口。而PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片以其價格便宜、接口方便、可靠性高等特點較為廣泛的在USB設備接口系統(tǒng)中被選用。PDIUSBD12芯片是純粹的USB接口芯片，僅負責處理USB的通信，設計時還必須要選用一個MCU來進行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。

2.USB設備的插入檢測

USB主機輪流查詢各個USB端口，當USB設備插入USB端口時由PDIUSBD12內(nèi)部集成的上拉電阻使主機檢測到D+與D-之間有電壓差，就認為有新的USB設置接入。

3.USB設備的枚舉

USB枚舉指的是USB主機從USB設備讀取USB的各種描述符信息，從而知道是什么設備，如何進行通信等，然后根據(jù)這些信息來加載合適的驅(qū)動程序。

3.1 獲取部分設備描述符請求

主機檢測到有新的USB設置接入等待100ms后向USB設備發(fā)出復位請求，USB設備接到復位請求后，設置其地址為0，并產(chǎn)生一個外部中斷信號通知主機，新接入的USB可以地址0來進行通信，然后USB主機向地址為0的設備的端點0發(fā)送獲取設備描述符請求，設備收到該請求后，按固定格式返回一個端點0所支持的最大數(shù)據(jù)包的設備描述符給主機。由于PDIUSBD12的端點0只有16個字節(jié)（在所獲取的設備描述符的第8個字節(jié)處可看到PDIUSBD12端點0的最大包長），而標準的設備描述符為18字節(jié)，這一次的請求只能獲取部分（16個字節(jié)）設備描述符。

3.2 設置USB設備地址

在第一次復位并獲取部分設備描述符后，USB主機再對設備復位一次，并往地址0的端點0發(fā)出一個SET_ADDRESS設置地址的請求（見表1），該地址是由USB主機負責分配并且是唯一的。USB設備在收到該地址后，返回0長度的狀態(tài)包，主機收到狀態(tài)包，就會返回一個應答包ACK給設備。設備在收到這個ACK之后，就可以啟用新的地址了。這樣設備就分配到了一個唯一的設備地址，以后主機就可以通過它來進行訪問該設備了。

表1 SET_ADDRESS請求的結構

3.3 獲取完整設備描述符請求

在USB設備啟用新地址后，USB主機重新向新地址發(fā)出獲取設備描述符的請求，這一次主機將分兩次從PDIUSBD12的端點0中獲取完整的18個字節(jié)（16+2）的設備描述符，從而獲知USB設備的基礎屬性，如支持的傳輸數(shù)據(jù)長度、所用USB協(xié)議版本、設備版本號、PID、VID等，設備描述符的結構見表2。

3.4 獲取配置描述符請求

在獲取完整的設備描述符之后，主機就會發(fā)送一個試探性的GET_CONFIGURATION獲取配置描述符的請求，USB設備收到該請求后就返回9字節(jié)的配置描述符（其結構見表3）。

3.5 獲取配置描述符集合請求

在第一次獲取配置描述符后，就可以知道配置描述符集合的總長度，然后再發(fā)一次GET_CONFIGURATION請求，這時主機將分三次從PDIUSBD12的端點0中獲取完整的34個字節(jié)（16+16+2）的配置描述符集合——9字節(jié)的配置描述符、9字節(jié)的接口描述符、9字節(jié)的HID描述符、7字節(jié)的端點描述符。

3.6 獲取其它描述符

在獲取了必須的設備描述符和配置描述符集合后，還可選擇是否獲取字符串描述符和報告描述符。字符串描述符可表述所要顯示的設備信息的文字，報告描述符是USB HID設備用來傳送數(shù)據(jù)的，這里不作詳細介紹。

完成USB設備的枚舉后，主機就能知道USB設備工作方式的各種特性，正式識別USB設備并能與之進行數(shù)據(jù)通信，就可以自己寫測驅(qū)動或使用通用驅(qū)動與計算機進行通信了。

4.PDIUSBD12驅(qū)動程序設計

PDIUSBD12的驅(qū)動程序設計主要實現(xiàn)三個功能:（1）初始化PDIUSBD12和與之相連的MCU，包括PDIUSBD12的復位和初始化全局變量；（2）在枚舉過程中為每一次的請求（如獲取設備描述符請求）編寫中斷服務程序；（3）用戶讀/寫端點的函數(shù)。

5.結束語

USB技術的日益成熟，越來越多的計算機外設使用USB接口，使得USB接口的設計開發(fā)顯得尤為重要，而設計開發(fā)USB接口設備必須對數(shù)據(jù)的通信過程有深入認識，本文以PDIUSBD12作為USB設備的接口控制芯片詳細深入地介紹了主機與USB接口間的數(shù)據(jù)通信過程，開發(fā)者可根據(jù)此過程編寫相應的服務程序便可完成USB設備的開發(fā)。

表2 設備描述符的結構

表3 設備描述符的結構

［1］范曉青,袁中凡,歐協(xié)峰.PDIUSBD12的USB接口設計中的應用[J].儀器儀表用戶.2009，2.

［2］張安生.PDIUSBD12在USB接口設計中的應用探析[J].現(xiàn)代教育設備.2008，2.

［3］劉榮.圈圈教你玩USB[M].北京航空航天大學出版社.2009.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.09.055

劉彥（1977－），男（仡佬族），貴州都勻，黔南民族師范學院計算機科學系講師，研究方向為硬件技術。