摘  要： 介紹了一種基于ARM7實現(xiàn)的通過以太網(wǎng)訪問嵌入式USB的方法,。利用該方法可以通過網(wǎng)絡(luò)對不具備聯(lián)網(wǎng)功能的USB設(shè)備進(jìn)行操作,，達(dá)到USB設(shè)備網(wǎng)絡(luò)共享的目的。
關(guān)鍵詞： 嵌入式,；USB,；以太網(wǎng)

    隨著USB技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對USB的期望也越來越高,。雖然USB技術(shù)在臺式計算機(jī)領(lǐng)域的地位已經(jīng)固如磐石,，但是由于其以主機(jī)為中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，任何一次USB的數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)來發(fā)起和控制,，所有的 USB設(shè)備都只能與主機(jī)建立連接,。不僅如此，軟件復(fù)雜性以及較高的功率要求,，使得人們對嵌入式設(shè)備中使用USB的興趣與日俱增^［1］,。嵌入式USB結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)可以將USB設(shè)備轉(zhuǎn)換到TCP/IP,讓USB 設(shè)備不再受距離限制，可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地訪問USB設(shè)備,，可以讓一個USB設(shè)備供多個用戶使用，從而提高USB設(shè)備的利用率,。通過使USB設(shè)備具備聯(lián)網(wǎng)能力的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)使用USB存儲,、USB視頻和USB打印等,。本文提出了一種利用ARM7來實現(xiàn)嵌入式USB的方法,，并結(jié)合以太網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，使得通過網(wǎng)絡(luò)可以方便地訪問USB設(shè)備,。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
    系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)采用LPC2148控制嵌入式SL811HS和ENC28J60，實現(xiàn)了USB設(shè)備與以太網(wǎng)的連接,，便于USB設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)共享和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸,。SL811HS主要實現(xiàn)USB HOST的功能,，它能夠識別USB設(shè)備，并能夠?qū)υ撛O(shè)備進(jìn)行讀寫操作,。ENC28J60主要完成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信,，實現(xiàn)對系統(tǒng)USB設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問,。

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計^［2-3］
    LPC2148是一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器,，并帶有512KB嵌入的高速片內(nèi)Flash存儲器,。片內(nèi)128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大的時鐘頻率下運行,。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可以使用16位Thumb模式將代碼降低超過30%,，而犧牲的性能卻很小,。LPC2148具有較小的64腳封裝,，最多可以使用46個GPIO,。其極低的功耗、多個32位定時器,、多路10位ADC,、1路DAC以及豐富的接口使其特別適合于工業(yè)控制,、醫(yī)療系統(tǒng),、訪問控制嵌入式MODEM等各種類型的應(yīng)用,。選用LPC2148的原因是它片內(nèi)集成了Flash,、RAM、SPI接口,，使得外圍電路簡單,，性價比高。
    ENC28J60是美國微芯科技公司于2005年推出的全球首枚28引腳獨立以太網(wǎng)控制器,，可為嵌入式應(yīng)用提供低引腳數(shù),、低成本且高效易用的遠(yuǎn)程通信解決方案。此外,，ENC28J60以太網(wǎng)控制器采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行接口,，只需很少的連線即可與主控芯片機(jī)連接，使如圖2所示,。其中的CS和RESET接到主控芯片是為了使軟件設(shè)計更靈活,。

     SL811HS是Cypress公司設(shè)計的嵌入式USB主機(jī)設(shè)備控制器，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛,，能通過軟件控制選擇主從方式,，支持低速和全速傳輸并自動檢測低速或全速設(shè)備，通過A0區(qū)分地址和數(shù)據(jù),，并支持地址自增模式,。SL811HS與主控芯片的接口電路如圖3所示。

3 軟件設(shè)計
　 系統(tǒng)軟件主要由嵌入式TCP/IP程序和嵌入式USB兩個部分組成,。系統(tǒng)程序通過收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的類型來進(jìn)行相應(yīng)的處理,，完成特定的功能。例如通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程登陸的方式瀏覽和修改本地數(shù)據(jù),，達(dá)到本地數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的目的,。
3.1 嵌入式TCP/IP實現(xiàn)
　 嵌入式TCP/IP實現(xiàn)包括以太網(wǎng)控制器ENC28J60底層驅(qū)動、TCP/IP協(xié)議,。ENC28J60 可與許多主控制器上的SPI接口直接相連,。此器件只支持SPI 的0,0模式。另外,，SPI 端口要求SCK 在空閑狀態(tài)時為低電平,，不支持時鐘極性選擇。在SCK 的每個上升沿移入數(shù)據(jù),，命令和數(shù)據(jù)通過SI 引腳送入器件,。 ENC28J60在SCK的下降沿從SO引腳輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行操作時CS 引腳必須保持低電平,，當(dāng)操作完成時返回高電平［4］,。
3.1.1ENC28J60底層驅(qū)動
　 在使用ENC28J60發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包前，必須對器件進(jìn)行初始化設(shè)置,。根據(jù)應(yīng)用的不同,，一些配置選項可能需要更改。通常初始化任務(wù)會在復(fù)位之后立即完成,，并且不再需要更改,。初始化任務(wù)主要包括：（1）初始化接收緩沖器：在接收數(shù)據(jù)包前，必須編程ERXST和ERXND指針來對接收緩沖器進(jìn)行初始化,。ERXST與ERXND之間的存儲空間專供接收硬件使用,。（2）初始化發(fā)送緩沖器：所有未被用作接收緩沖器的存儲空間都將作為發(fā)送緩沖器,，故不需要專門對發(fā)送緩沖器進(jìn)行專門的初始化。（3）等待OST：如果在上電復(fù)位后立即進(jìn)行初始化,，應(yīng)查詢ESTAT.CLKRDY位,，確保在開始修改MAC和PHY寄存器前已經(jīng)經(jīng)過足夠長的時間。（4）PHY初始化：PHY寄存器不能通過SPI控制接口直接訪問,，而是通過一組帶有MIIM的特殊MAC控制寄存器來完成的,。程序中在配置LED時用到了PHY寫函數(shù)。寫PHY寄存器時,，先將PHY寄存器的地址寫入MIREGADR,，然后將要寫入高低8位的內(nèi)容分別寫入MIWRH、MIWRL即可,。
　 發(fā)送數(shù)據(jù)包時,，ENC28J60會自動生成前導(dǎo)符和幀起始定界符。此外MAC還可以根據(jù)配置自動生成填充和CRC字段,。主控制器要生成所有其他幀字段,，并將他們寫入緩沖器，以待發(fā)送,。此外,，ENC28J60還要求在待發(fā)送的數(shù)據(jù)包前添加一個包的控制字節(jié)。接收數(shù)據(jù)包時可以使用中斷的方式,，也可以使用查詢的方式,。由于本設(shè)計對實時性要求不是很高，故采用查詢的方式,。如果有數(shù)據(jù)包到達(dá),，ENC28J60將置位EIR寄存器的PTKIF位。程序運行時不斷地查詢該位以判斷有無數(shù)據(jù)包到達(dá),。
3.1.2 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理
　 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常是在不同的協(xié)議層上進(jìn)行開發(fā),，每一層負(fù)責(zé)不同的通信功能。TCP/IP 協(xié)議是一組不同層次上的多個協(xié)議的組合,。當(dāng)系統(tǒng)收到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)時,，數(shù)據(jù)就開始從協(xié)議中由數(shù)據(jù)鏈路層逐層剝離其中各層協(xié)議所加的首部。主程序按照以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀分用的思路進(jìn)行編制,，程序框架如圖4所示,。

                                                            圖4

3.2  嵌入式USB實現(xiàn)［5-6］
　 嵌入式USB軟件主要分成4個部分：SL811HS初始化、USB設(shè)備的識別及配置,、海量存儲協(xié)議和FAT文件系統(tǒng),。SL811HS共有16個配置寄存器，其中00-04H,、08H-0CH是USB-A,、USB-B的工作配置寄存器，05H是控制寄存器1,，06H是中斷使能寄存器,，07H的各位均為保留位，0DH為狀態(tài)寄存器,，0EH為SOF計數(shù)寄存器,，0FH為SOF計數(shù)寄存器的高位和控制寄存器2。在SL811HS上電開始工作之后,，首先將寄存器05H的第3位置1,，延時30 ms后清零，便可以對USB總線復(fù)位,；然后在06H寄存器中寫入61H,，使能設(shè)備檢測中斷。
　 當(dāng)有設(shè)備插入時,，會使SL811HS的D+管腳置高,，SL811HS的寄存器0DH的第7位置1并產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)會識別到有USB設(shè)備插入,，即可對USB設(shè)備進(jìn)行配置了,。通過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求函數(shù)ClearFeaure（）、GetConfiguration（）,、GetDescriptor（）,、SetAddress（）等函數(shù)完成對設(shè)備的配置。
　 本系統(tǒng)可以檢測U盤的狀態(tài)(如接入,、拔出),，通過網(wǎng)絡(luò)對U盤的訪問，包括創(chuàng)建文件,、目錄和讀寫文件等,，實現(xiàn)了USB設(shè)備網(wǎng)絡(luò)共享的目的。 但是由于不同USB設(shè)備的驅(qū)動通常也不同,，USB作為嵌入式應(yīng)用時不可能像PC機(jī)操作系統(tǒng)把所有的驅(qū)動都裝上,。但是隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，可以采用網(wǎng)絡(luò)更新驅(qū)動的方式,，只要某種USB設(shè)備接上就可以通過更新系統(tǒng)的固件,，達(dá)到識別該設(shè)備和使用該設(shè)備的目的。這也是本系統(tǒng)目前這也是本系統(tǒng)目前需要完善的地方,。
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