摘要：在设计USB系统的过程中，固件程序的编写是非常重要的一个环节，它直接影响到开发产品的数据传输速度。以Phillips公司的USB控制芯睡PDIUSBD12为例，介绍了在设计开发USB外设中。固件的作用以及固件程序的编写流程，并给出了相应程序。 关键词：USB 固件程序 PDIUSBD12 端点 单片机USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是现在非常流行的一种快速、双向、廉价、可以进行热插拨的接口，在现在的每一台PC机上都可以找到一对USB接口。在遵循USB1.1规范的基础上，USB接口最高传输速度可达12Mb/ｓ：而在最新的USB2.0规范下,更可以达到480Mｂ／ｓ.同时它可以连接127个USB设备,而且连接的方式也十分灵活,既可以使用串行连接,也可以使用集线器(Hub)把多个设备连接在一起,再同PC机的USB接口相连.此外,它还可以从系统中直接汲取电流,无需单独的供电系统.USB的这些特点使它获得了广泛的应用.但是使用上的方便则意味着开发上的复杂,主要是编程的复杂性大大的增加了.在设计开发一个USB外设的时候,开发者主要需要编写三部分的程序: ①固件程序;②USB驱动程序;③客户应用程序.本文主要阐述固件程序的编写.1 固件要完成的主要工作固件是FIREWARE的对应中文词,它实际上是单片机的程序文件,其编写语言可以采用C语言或是汇编语言.它的操作方式与硬件联系紧密,包括USB设备的连接USB协议、中断处理等，它不是单纯的软件，而是软件和硬件的结合，开发者需要对端口、中断和硬件结构非常熟悉。固件程序一般放入MCU中，当把设备连接到主机上（USB连接线插入插孔）时，上位机可以发现新设备，然后建立连接。因此。编写固件程序的一个最主要的目的就时让Windows可以检测和识别设备。2 PDIUSBD12芯片特点PDIUSBD12是一个性能优化的USB器件，通常用于基于微控制器的系统，并通过高速通用并行接口与微控制器进行通信，而且支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，允许使用现存的体系结构使固件投资减到最小。这种灵活性减少了开发时间、风险和成本。该器件使开发成本低且高效的USB外围设备的一种有效途径。PDIUSDB12完全符合USB1.1规范，也能适应大多数设备类规范的设计，如成像类、大容量存储类、通信类、打印类和人工输入设备等。因此，PDIUSBD12非常适合做很多外围设备，如打印机、扫描仪、外部大容量存储器（Zip驱动器）和数码相机等。现在很多用SCSI实现的很多设备如果用USB来实现可以直接降低成本。PDIUSBD12还集成了SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。所有这些特性都能在系统实现时节省成本，同时在外围设备上很容易实现更高级的USB功能。3 PDIUSBD12固件程序的编写USB设备启动流程如下：（1） USB设备接入USB口，发出连接USB命令；（2） 主机发出读设备描述符两次；（3） 主机根据设备描述符——厂商ID、产品ID，启动相应设备驱动程序；（4） 设备驱动程序初始化USB设备；①读设备描述符；②读配置描述符；③选择接口、端点（管道），确定传输方式。
图1 PDIUSBD12测试电路连接图
图1是PDIUSBD12的电路连接图。USB固件程序程序由三部分组成：①初始化单片机和所有的外围电路（包括PDIUSBD12）；②主循环部分，其任务是可以中断的；③中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。根据USB协议，任何传输都是由主机（Host）开始的。单片机作它的前台工作，等待中断。主机首先要发令牌包给USB设备（这里是PDIUSBD12），PDIUSBD12接收到令牌包后就给单片机发中断。单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBD12的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作。在USB单片机程序中，要完成对各种令牌包的响应，其中比较难处理的是SETUP包，主要是端口0的编程。单片机与PDIUSBD12的通信主要是靠单片机给PDIUSBD12发命令和数据来实现的。PDIUSBD12的命令字分为三种：初始化命令字、数据流命令字和通用命令字。PDIUSBD12数据手册给出了各种命令的代码和地址。单片机先给PDIUSBD12的命令地址发命令，根据不同命令的要求再发送或读出不同的数据。因此，可以将每种命令做成函数，用函数实现各个命令，以后直接调用函数即可。下面的程序是处理主机的标准控制请求的一个模板：unsigned char ENDPOINT_A0_FIFO[8]；//判断输入的是SETUP请求，并将其读入缓冲区ENDPOINT_A0_FIFO…if((ENDPOINT_A0_FIFO[0] & 0b011000000)==0x00){if(ENDPOINT_A0_FIFO[1] <=0C){(*StandardFunctionTable[ENDPOINT_A0_FIFO[1]])();return;}}…const void (*StandardFunctionTable[])(void)={GetSatus,ClearFeature,USB_Reserved,SetFeature,USB_Reserved,SetAddress,GetDescriptor,SetDescriptor,GetConfiguration,SetConfiguration,GetInterface,SetInterface,SynchFrame}；USB设备在正常使用以前，必须由主机配置设备。主机一般会从USB设备获取配置信息后再确定此设备有哪些功能。作为配置操作的一部分，主机会设备设备的配置值，如果必要的话会选择合适的接口备选设备。其初始化函数为：void D12_int(){ XmtBuff.pNum=16；D12_COMMAND=0xf4；//读中断寄存器ist=D12_DATA;ist=D12_DATA;if(ist & 0x01) //ENDP0_OUT{XmtBuff.out=0;XmtBuff.in=1;D12_COMMAND=0x40; //读OUT最后状态ist=D12_DATA;if(ist & 0x20)//收到SETUP包{ Setup_read();Setup_control();}else{ Setup_read();}}else if(ist & 0x02)//ENDP0_IN{ XmtBuff.in=1;D12_COMMAND=0x41;//读in最后状态ist=D12_DATA;USB_submit()；}else if(ist & 0x04)//ENDP1_OUT{ XmtBuff.out=2;XmtBuff.in=3;D12_COMMAND=0x42;//读out最后状态ist=D12_DATA;read_out()；}else if(ist & 0x08)//ENDP1_IN{ XmtBuff.in=3;D12_COMMAND=0x43;//读in最后状态ist=D12_DATA;XmtBuff.b[0]=5;XmtBuff.wrLength=1;XmtBuff.p=XmtBuff.b;USB_submit()；}……在发出连接USB命令后，主机先读取设备描述符，然后发出设置USB地址SETUP包，设置USB地址后，进行主机客户驱动与设备初始化。其余端点（ENDPOINT）依此类推。在其头文件里需定义USB规范中的各种描述符格式，包括设备描述表、配置描述表、接口描述表、端点描述表、字符串描述表以及描述表类型。这样，在发送配置[,接口（1），端点（1），接口（2），端点（2），…，类，厂商等]联合描述表时，主机USBD可以根据描述类型标识区分各种分描述表。下面是固件程序的主循环部分：#include