畢業(yè)設(shè)計-基于ARM的U盤設(shè)計畢業(yè)論文.doc

基于ARM的U盤設(shè)計【摘要】：USB（UniversalSerialBus,通用串行總線）是計算機一種新型的接口技術(shù)，它能夠使得計算機與外部設(shè)備的鏈接更加方便與快捷。現(xiàn)在，許多設(shè)備都開始應(yīng)用USB接口來開發(fā)，比如鍵盤.鼠標(biāo).移動硬盤.打印機.數(shù)碼相機等。在實際應(yīng)用中，也越來越多地開發(fā)開始采用USB技術(shù)，比如數(shù)據(jù)收集等，USB的開發(fā)設(shè)計和應(yīng)用現(xiàn)已成為現(xiàn)代電子設(shè)計的一個非常很要的部分。【關(guān)鍵詞】：D12、USB_HUB、ARM、MassStorage協(xié)議.FAT區(qū).綜述目錄1引言.21.1USB接口的分析.21.2USB器件的選擇.31.3MassStorage協(xié)議與FAT16文件系統(tǒng).32系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的概述.42.1嵌入式系統(tǒng).42.1.1ARM的初步介紹.42.2PDIUSBD12芯片介紹.52.2.1PDIUSBD12芯片的性能與特點.53USB系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu).53.1USB總線拓?fù)浣Y(jié).53.2.1USB設(shè)備.63.2.2USBHUB.73.2.4設(shè)備電源.73.2.5設(shè)備的掛起.73.3USB主機.83.4USB設(shè)備接口的固件程序設(shè)計.83.5USB數(shù)據(jù)流.104應(yīng)用的協(xié)議.134.1MassStorage協(xié)議.134.2BulkOnly傳輸協(xié)議.164.3SCSI指令集.185程序的實現(xiàn).215.1主循環(huán)MAINLOOP.C.215.2中斷服務(wù)程序.215.3控制端點處理.225.4普通端點處理.235.5數(shù)據(jù)提交函數(shù).24六固件調(diào)試.256.1固件調(diào)試.256.2USB器件的檢查.256.3提供描述符.256.4BULK_ONLY傳輸協(xié)議命令處理.266.5SCSI命令集.276.6系統(tǒng)調(diào)試測試.29七總結(jié).32參考文獻.331引言1.1USB接口的分析USB是一種價格低廉、體積很小、效率高、速度快和支持熱插拔的新型串行通信接口。它能夠支持許多個外部設(shè)備的同時連接和通信，而且即插即用方便的特點能夠使用戶可以不重新啟動計算機的情況下直接把USB接口的外部設(shè)備連接到計算機直接開始通信。USB設(shè)計規(guī)范性為計算機與外部設(shè)備的通信提供了一個比較完整的解決策略，它與舊式的計算機接口相比較，USB總線特性有下面的特點：1、它的接口小巧。與舊式的計算機接口相比較，USB的接口有非常明顯的體積優(yōu)勢，朝著計算機與外部設(shè)備便攜化和小型化發(fā)展的大趨勢。2、USB是共享式接口。USB接口運用了“菊花鏈”方式，能夠支持許多個外設(shè)的連接。經(jīng)過USB集線器，單個USB主控制器它能偶可以連接最多126個外部設(shè)備，它大大提高了計算機的外部設(shè)備功能擴展和應(yīng)用能力。3、它能夠支持即插即用和熱插拔。當(dāng)一個USB外部設(shè)備連接到計算機時，系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測到該設(shè)備，同時加載相應(yīng)的驅(qū)動程序。因此，USB可以自動配置，用戶可以不需要其他任何手動配置，當(dāng)連接設(shè)備時不要重新啟動計算機；用戶也能夠隨時斷開USB設(shè)備和計算機的連接，同時并不會損害計算機與外部設(shè)備。4、它能夠節(jié)省系統(tǒng)資源。系統(tǒng)中給USB主控制器分配一根IRQ線盒幾個I/O地址，它再給外部設(shè)備分配唯一的一個地址。5、USB能夠支持許多種操作。3種傳輸速率：低速1.5Mbit/s、全速2Mbit/s、高速80Mbit/s。同時，4種類型的傳輸模式：塊傳輸、中斷傳輸、同步傳輸、控制傳輸。這樣USB就能夠滿足不同種外部設(shè)備的功能需求。6、USB成本很低?，F(xiàn)在，市場上USB的主控與從控芯片的價格都十分便宜，比如USB電纜等也非常的便宜，再加上USB具有很高的性能，使USB成為性價比非常高的計算機接口。7、USB能夠提供電源。當(dāng)外部設(shè)備耗電不大，能夠可以考慮用USB接口直接供電的方式，這樣十分方便與便攜。8、USB同時擁有的很好的兼容性。1.2USB器件的選擇在對一個USB設(shè)備開發(fā)之初，首要根據(jù)具體情況要求選擇適當(dāng)?shù)腢SB控制器?，F(xiàn)在，市面上供應(yīng)的USB控制器大體有兩種：一種是帶USB接口的單片機（MCU），另一種是純粹的USB接口芯片。1、帶USB接口的單片機從應(yīng)用上能夠可以分成兩大類：（1）專門應(yīng)用于底層設(shè)計USB控制的單片機（2）增加了USB接口的普通單片機。如果USB接口芯片僅僅處理USB通信，那么必須得有一個外部微處理器來進行數(shù)據(jù)交換和協(xié)議處理。比較有特點的產(chǎn)品有Philips公司的PDIUSBD12(并行接口），NS公司的USBN9603/9604(并行接口）和NetChip公司的NET2888等。USB接口芯片的主要特點是接口方便、價格便宜、可靠性高，特別是在適合于產(chǎn)品的改型設(shè)計方面上（軟件只需要增添微處理器的USB中斷處理和數(shù)據(jù)交換程序、PC機的USB接口通信程序，不需要對原有的產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上作很大的變動，在硬件上只需要對并行總線和中斷進行變動）。1.3MassStorage協(xié)議與FAT16文件系統(tǒng)USB組織在定義了海量存儲設(shè)備類（MassStorageClass）的規(guī)范制，而且這個類規(guī)范又包括四個獨立的子類規(guī)范，1.USBMassStorageClassControl/Bulk/Interrupt(CBI)Transport2.USBMassStorageClassBulk-OnlyTransport3.USBMassStorageClassATACommandB4.USBMassStorageClassUFICommandSpecification。1和2子規(guī)范在定義了數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)USB上的傳輸方法。Bulk-Only傳輸規(guī)范只是使用Bulk端點傳送數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)，CBI傳輸規(guī)范使用了Control、Bulk和Interrupt三種類型的端點在進行數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)傳送。3和4子規(guī)范是定義了存儲介質(zhì)上的操作命令。ATA命令僅規(guī)范用于在硬盤上，UFI的命令規(guī)范只是對USB移動存儲。MicrosoftWindows中提供了對MassStorage協(xié)議的支持，所以USB移動設(shè)備只是需要遵循MassStorage協(xié)議來組織數(shù)據(jù)和處理命令，就能夠?qū)崿F(xiàn)和PC機進行交換數(shù)據(jù)。但是Flash的存儲單元的組織形式是用FAT16文件系統(tǒng)，因此，就能夠直接把Windows的瀏覽器上經(jīng)過可移動磁盤來進行交換數(shù)據(jù)了，Windows可以對FAT16文件系統(tǒng)的管理，因此，USB設(shè)備并不需要干預(yù)FAT16文件系統(tǒng)操作的完整細(xì)節(jié)。2系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的概述2.1嵌入式系統(tǒng)2.1.1ARM的初步介紹ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫，是微處理器行業(yè)非常知名的一家企業(yè)。ARM在設(shè)計上不僅實現(xiàn)了小體積化而且高性能的結(jié)構(gòu)。ARM處理器簡單的結(jié)構(gòu)使得ARM的內(nèi)核非常小，因此使得工作期間的低功耗。ARM處理器核具有卓越的性能和非常突出的優(yōu)點，不僅成為高效率、低消耗、低成本嵌入式處理器核的代名詞，同時也得到許多廠家的大力支持。ARM處理器是在32位高端嵌入式系統(tǒng)中使用的主流芯片之一，占有了絕大部分的市場，而且提供了在數(shù)字處理和移動通信等消費類嵌入式產(chǎn)品非常好的解決方案。ARM處理器是精簡指令集計算機RISC體系結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)，它不僅集成了非常典型的RISC結(jié)構(gòu)特性，RISC是指ReducedInstructionSetComputer的縮寫，比如：1.具有簡單的尋址模式，全部加載/存儲的地址都是由寄存器的內(nèi)容與指