由于人們對(duì)數(shù)字形式信息的需求量越來(lái)越大，數(shù)據(jù)通信及其應(yīng)用技術(shù)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展。USB通信正向高速、方便快捷、穩(wěn)定可靠的方向發(fā)展。目前，大多數(shù)USB設(shè)備都是需要與PC機(jī)相連進(jìn)行通信，而USB設(shè)備之間的通信則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于一些處在特殊環(huán)境下的稱(chēng)重設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)升級(jí)，PC機(jī)很不方便實(shí)現(xiàn)，因此迫切要求開(kāi)發(fā)出能夠識(shí)別USB設(shè)備的主機(jī)端口。這樣使用U盤(pán)等設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在AT91SAM7X256控制器的基礎(chǔ)上，增加了主機(jī)端口，適用于工礦企業(yè)中稱(chēng)重設(shè)備的數(shù)據(jù)更新和系統(tǒng)升級(jí)。
1 系統(tǒng)整體方案
USB(Universal Serial Bus)即通用串行總線，提供一種兼容不同速度的、可擴(kuò)充的，使用方便的外圍設(shè)備接口，同時(shí)也是為解決計(jì)算機(jī)接口太多等問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。在嵌入式系統(tǒng)中如果處理器集成了OHCI標(biāo)準(zhǔn)的USB主機(jī)控制器，則直接就可以引出USB主控端口：而對(duì)于沒(méi)有集成的處理器，則需要使用USB主控器件，從總線上擴(kuò)展USB主機(jī)接口。很多IC制造商都提供這種主控器件，如Scanlogic公司的SL811HS／T等。在編寫(xiě)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以分為3部分編寫(xiě)：主機(jī)端設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和設(shè)備端驅(qū)動(dòng)程序。對(duì)于一些不具備USB主機(jī)端口的設(shè)備，為了實(shí)現(xiàn)通信的方便、快捷性，如與U盤(pán)直接通信等設(shè)備是完全有必要在原來(lái)設(shè)備的基礎(chǔ)上擴(kuò)展USB主機(jī)端口。
該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是由電源、復(fù)位、時(shí)鐘電路、以太網(wǎng)口、USB主機(jī)和設(shè)備端口以及串口組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中，以太網(wǎng)口用于將設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)行遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控。將設(shè)備的數(shù)據(jù)接入Internet，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，適用于工礦企業(yè)設(shè)備的集中化管理和維護(hù)。USB主機(jī)端口通過(guò)主機(jī)控制器SL811HS／T與控制器AT9lSAM7X256相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。USB設(shè)備端口作為與PC機(jī)通信的接口。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新在于該設(shè)備拋開(kāi)了PC機(jī)，既可作為主機(jī)，也可作為外設(shè)，并與其他0TG設(shè)備直接實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
USB主機(jī)與設(shè)備之間的通信最終都是通過(guò)USB主機(jī)控制器和USB設(shè)備的總線接口間的電纜實(shí)現(xiàn)的，任何一個(gè)輸出請(qǐng)求都是由主機(jī)控制器組成包的形式發(fā)往總線的。USB,總線中只有一個(gè)主機(jī)，它是USB樹(shù)形結(jié)構(gòu)的根，通過(guò)一個(gè)根HUB提供一個(gè)或多個(gè)連接點(diǎn)，由其連接各個(gè)USB設(shè)備。
2．1 核心器件選型
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用Scanlogic公司的SL811HS／T作為USB主機(jī)接口器件，該器件是既能用作Host模式又能用作Slave模式的，具有標(biāo)準(zhǔn)微處理器總線接口USB控制器，適用于非PC設(shè)備在Host模式下，它支持嵌入式主機(jī)與USB外圍設(shè)備的通信，在Slave模式下，可作為主機(jī)的一個(gè)外設(shè)。SL811HS具有以下特點(diǎn)：是遵循USBl．1協(xié)議的嵌入式USB Host／Slave器件；提供8 bit寬數(shù)據(jù)總線及中斷支持，方便與微處理器、微控制器連接；通過(guò)硬件設(shè)置或軟件設(shè)置，工作在Host或Slave模式；自動(dòng)探測(cè)所接設(shè)備是低速設(shè)備還是高速設(shè)備：8 bit雙向數(shù)據(jù)總線；片上SI-E、USB收發(fā)器；軟件控制下運(yùn)行為單個(gè)USB主或從設(shè)備主機(jī)或從設(shè)備模式有1．5 Mb／s的低速，12 Mb／s的全速，自動(dòng)識(shí)別低速和全速設(shè)備8位雙向數(shù)據(jù)，工作于12 MHz或48 MHz晶振或振蕩器。
微處理器是系統(tǒng)核心，其性能直接決定該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性和可靠性�；诒鞠到y(tǒng)對(duì)精度和實(shí)時(shí)性的要求。選用ATMEL公司的AT9lSAM7X256單片機(jī)。它具有以下特點(diǎn)：1)內(nèi)部集成ARM7TDMI ARM Thumb處理器，支持嵌入式ICE內(nèi)電路仿真以及調(diào)試通信接口：2)復(fù)位控制器(RSTC)，基于上電復(fù)位單元，提供外部信號(hào)整形和復(fù)位源狀態(tài)；3)時(shí)鐘發(fā)生器(CKGR)，低功耗RC振蕩器，3～20 MHz片上振蕩器和1個(gè)PLL；4)電源管理控制器(PMC)，具有電源優(yōu)化功能，包括慢速時(shí)鐘模式(低于500 Hz)和空閑模式，4個(gè)可編程外部時(shí)鐘信號(hào)；5)USB2．0全速(每秒12Mbit)設(shè)備接口，具有片上收發(fā)器，大小為1 352字節(jié)的可配置成FIF0；6)10／100base-T(Mb／s)的以太網(wǎng)口；7)提供片上1．8 V穩(wěn)壓器，
為內(nèi)核及外部組件提供高達(dá)100 mA的電流，3．3 V VDDIO提供I／O線電源，獨(dú)立的3．3 V VDDFLASH提供Flash電源，具有掉電檢測(cè)的1．8 V VDDCORE提供內(nèi)核電源。
2．2 AT91SAM7X256的USB設(shè)備端口設(shè)計(jì)
AT91SAM7X256的USB設(shè)備端口原理圖，如圖2所示。由于AT91SAM7X256支持USB2．0全速(每秒12 Mbit)設(shè)備接口，故AT91SAM7X256的2個(gè)引腳DDM和DDP與外界USB相連，直接實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備端口。
由USB接口輸入5 V直流電源，二極管VD1用于限制電源的導(dǎo)通方向，經(jīng)過(guò)C18、C19濾波，然后經(jīng)過(guò)SPXll7M-3．3將電源穩(wěn)壓至3．3 V。為了降低噪聲和出錯(cuò)率，應(yīng)隔離模擬電源與數(shù)字電源，圖3中的L1和L2用于電源隔離元件(將數(shù)字電源的高頻噪聲隔離)。SPXll7M-3．3是Sipex公司的LDO器件，其特點(diǎn)為輸出電流大，輸出電壓精度高穩(wěn)定性高。SPXll7M系列LD0器件輸出電流可達(dá)800 mA，具有電流保護(hù)和熱保護(hù)功能，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字家電和工業(yè)控制等領(lǐng)域。
2．3 USB主機(jī)端口設(shè)計(jì)
AT91SAM7X256的USB主機(jī)端口原理圖，如圖3所示。SL811HS／T選用48引腳的TQFP封裝形式，SL811HS／T既能用作Host模式又能用作Slave模式。將SL811HS／T的M／S引腳接地，即設(shè)為低電平信號(hào)(M／S=0)，選擇作為主機(jī)端口。
