[发明专利]嵌入式USB主机

说明书

技术领域

本发明属于计算机领域，特别是涉及一种采用嵌入式计算机技术，带有USB接口的嵌入式USB主机。 

背景技术

USB接口可把多达127个外设连到用户的系统上，通过协议来共享USB的带宽，其12Mbps的带宽对于鼠标等中、低速外设已经足够了，而在2000年发布的USB2.0版本中，USB带宽已经被提升到480Mbps，USB支持即插即用，即允许外设在主机和其他外设工作时进行连接、配置、使用和删除，应用USB总线规范，可以取代PC上过多的I/O接口而仅以一个串行接口取代，使得PC与外设之间的连接变得更加容易。 

自从1996年2月USB1.0版本发布后短短几天内，USB不仅成为了PC主板上的标准接口，而且成为了所有PC外设如键盘、鼠标、显示器、打印机、数字相机、扫描仪和游戏手柄等与PC相连的标准协议之一，迅速占领了计算机中、低速外设的市场，大有取代串口和并口之势，使用USB接口的设备正在以惊人的速度发展，2003年生产的PC几乎都有USB接口，最新的PC还有USB集线器和4～6个USB接口，最新推出的USB2.0版本，其速度比USB1.0和1.1版本快将近40倍，达到480Mbps，使USB推广到硬盘、调制解调器、信息家电网络产品和其他快速外设成为了可能。 

在早期的计算机系统上常用串口或并口连接外围设备，每个接口都需要占用计算机的系统资源如中断，I/O地址，DMA通道等，无论是串口还是并口都是点对点的连接，一个接口仅支持一个设备，因此每添加一个新的设备，就需要添加一个ISA/EISA 或PCI卡来支持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备，USB总线主要用于PC机与外围设备的互联，和传统的串并口相比USB总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易于扩展、应用范围广等特点，已被广泛地用在PC机及嵌入式系统上，USB接口还具有数据传输速率高、使用方便等特点，但USB技术还不是很成熟，特别是高速设备。 

虽然USB技术在PC领域的应用已经如日中天，但由于其以主机为中心的拓扑结构、软件复杂性以及相对于嵌入式系统较高的功率要求，所以在嵌入式系统中，特别是在无操作系统的嵌入式系统中如何接入外围设备一直变化不大，许多设计师宁愿沿用原来常用的RS232串行接口或并行接口，而不愿触及复杂的USB接口，随着近年来对USB规范的修改，允许使用替代的连接方法，对主机电源要求有所降低，并可选用480 Mbps的数据传输速率，再加上有数百种现成的廉价外设可供使用，使人们对嵌入式USB应用的兴趣与日俱增。 

随着USB应用领域的逐渐扩大，人们对于USB的期望也越来越高，希望USB能通过PDA等移动设备直接和USB外设通信，使得USB能应用在没有PC的领域中，但这正是USB的一个致命的弱点，USB的拓扑结构中居于核心地位的是主机，任何一次USB的数据传输都必须由主机来发起和控制，所有的USB外设都只能和主机建立连接，任何两个外设之间或是两个主机之间无法直接通信，而目前，大量的扮演主机角色的是PC，因此，我们目前所买到和使用的USB移动设备，都是USB的外设，比如USB的移动硬盘、USB接口的数码相机等等，所有这些设备都只能与PC进行文件和数据交换。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种直接利用MCU+USB主控芯片实现的方案，采用8位单片机实现USB主机功能，在MCU完成对USB主机控制芯片的驱动的同时，把数据按照USB协议打包，实现对Mass Storage类USB设备的访问，完成对U盘文件的创建、读写等基本操作，这个方案的优点是用8位MCU，硬件电路简单、外围器件少、系统成本低，CPU通过执行虚拟软件模块直接驱动普通I/O口实现硬件外设功能，在单片机上加载USB协议栈、Mass Storage类协议以及构建FAT文件系统，在外接一个USB主机控制芯片的情况下就可以独立于PC实现USB主机功能，实现对USB设备的直接控制和操作。 

本发明的技术方案是：嵌入式USB主机方法， 单片机系统在完成系统初始化之后，等待USB主控制器的外部中断，当USB设备插入主机系统之后，由USB主控制器通过外部中断信号来通知单片机系统，单片机系统与USB主控制器完成设备的枚举、配置等操作，并将存储在Flash闪盘中的数据读出来，通过RS232送入显示器，为了能够直观的显示系统的运行状态和加强对系统的控制，系统设置了LED显示和按键。