USB主控芯片SL811HS的固件程序设计

前言

随着需求的发展，许多电子产品尤其是各种嵌入式设备，需要提供USB主控接口来连接如移动硬盘、U盘等USB设备以满足应用要求。本文对Cypress公司的USB主控芯片SL811HS作了详细介绍，并给出其固件程序的设计方法。

SL811HS芯片介绍

SL811HS是一款遵从USB1.1协议的嵌入式USB Host/Slave芯片。该芯片既能和USB低速设备进行通信，也能和USB高速设备进行通信。由于提供了8bit宽数据总线及中断支持，使得该芯片能方便地与微处理器、微控制器以及DSP进行连接。

SL811HS能工作在Host/Slave两种模式。在Host模式下，SL811HS为USB主控制器，在Slave模式下，SL811HS为一个USB设备。该芯片的特点主要有：能通过硬件设置或软件设置的方法使该芯片工作在Host或Slave模式；自动探测所接设备是低速设备还是高速设备；8bit双向数据总线；片上SIE、USB收发器；自动产生SOF令牌包，以及自动生成令牌包、数据包中所需要的CRC5/CRC16数据；内部256byte RAM，支持乒乓操作；支持SUSPEND/RESUME、WAKE UP、LOW-POWER模式。

SL811HS固件程序设计

SL811HS对一个接入的USB设备的启动过程为：

(1) SL811HS检测到有外部USB设备接入；

(2) 对这个USB设备进行Reset操作，检测该USB设备是高速设备还是低速设备，并设置好SL811HS中对应的寄存器位；

(3) 通过0号端点读取该USB设备的描述符信息如厂商ID、产品ID、设备类、设备子类、设备协议，选取对应的子程序；

(4) SL811HS固件驱动程序对该USB设备进行初始化：读取该USB设备的设备描述符，为该设备指定地址，读取该设备的配置描述符信息、接口描述符信息、端点描述符信息，为该USB设备设置选择配置描述符；

(5) 对该USB设备的初始化完成后，按照应用要求与该设备进行通信。

以图1所示的电路图为例，说明TMS320C6211DSP与SL811HS的电路连接关系以及一个简化的固件程序(DSP程序)的设计。

该系统USB固件程序主要由几个部分组成：对SL811HS进行设置的初始化程序，这部分程序在系统复位后就立即执行；发现USB设备接入的子程序，并判断该设备是高速设备还是低速设备；对该USB设备进行Enumerate即初始化操作，并指定其USB地址的子程序；用于其他数据通信的子程序，利用该部分程序完成指定的应用要求。(本文有删节，详见本刊网站：www.eaw.com.cn)

初始化部分需要根据SL811HS数据手册的要求对各个控制寄存器进行设置。把SL811HS控制寄存器2(地址0x0F)设置为0xAE，以使能SL811HS的全部功能；把控制寄存器1(地址0x05)设置为0；把SOF Count Low寄存器(地址0x0E)设置为0xE0，让SL811HS每1ms自动产生SOF。此外还要对SL811HS中断使能寄存器进行设置，以使能设备插入/移去中断。

在对SL811HS的初始化完成以后，TMS320C6211 DSP上的固件程序进入等待设备插入的阶段。当SL811HS以中断方式通知DSP现在有设备接入时，固件程序进入发现USB设备接入子程序。

需要注意的是，USB设备接入后应首先对其进行复位操作，且复位时间不少于10ms，否则USB设备将不能启动。

USB设备在正常使用前，还需要由固件程序对它进行配置，即对USB设备进行初始化。该部分涉及资源的分配、选择合适的驱动程序、设置USB地址等。这些功能的完成都需要控制传输。控制传输的实现是固件程序中一个比较复杂的部分。其实现函数为：

int ControlXfer(unsigned char DeviceAddr；//需要进行控制传输USB设备的地址；

unsigned char Payload； file://USB数据包的最大尺寸；

Setup * setup； file://待传输的SETUP令牌结构体；

unsigned char *Buf； file://接收或发送数据缓冲区；)

{ short int wLen=setup->wLength； file://取出该控制传输需要在数据阶段传输的数据量的大小；

if (SetupXfer(DeviceAddr, Payload, 8, (unsigned char *)setup)= =false)

// 传输SETUP事务，向USB设备指明控制传输第二阶段数据传输的方向与数量以及命令的类型；

return false；

if (wLen) file://需要数据阶段传送需要的数据 {if (setup->bmRequest Type&0x80) file://区分数据阶段的传输方向； { if (InXfer(DeviceAddr,0,Payload,wLen,Buf)==false) file://调用InXfer()函数完成对IN事务的传输；

return false；} else { if (OutXfer (DeviceAddr, 0, Payload,wLen, Buf)==f alse) // 调用OutXfer()函数完成对OUT事务的传输；

return false； } } if (setup->bmRequestType &0x80) file://控制传输的状态阶段；

{ if (OutXfer(DeviceAddr,0, Payload,0,Null)==false) return false；} else { if (InXfer(DeviceAddr,0, Payload,0, Null)==false) return false；} return true；}

有了完成控制传输的函数，就可以完成对USB设备的Enumerate即初始化，其流程如图2所示。

为了简化说明，图2的流程说明了USB设备只有一个配置描述符的流程。

在编码SL811HS固件程序时，还需要注意：根据应用需要，如果要支持USB HUB类型的设备接入时，需要对前面的程序作适当的调整和考虑，尤其注意在跨过HUB与一个低速USB设备通信时要先发一个前导包。如果支持多个USB设备的接入，通过对SL811HS内部SOF Count Low寄存器和SOF Count High寄存器的分析，来确定能否满足当前接入设备的带宽要求。每次事务传输完成，都应该读取SL811HS内部USB Status寄存器的值，以确定该次事务传输是否成功、是否超时等异常情况的发生，以保证程序的稳健性。

结语

在测试中，普通U盘接入系统的USB接口，该系统能自动识别出该USB设备并能按USB Mass Storage Class协议格式读出、写入该U盘上各个扇区的数据。基于上述的实现方案可以广泛应用于各种便携式、嵌入式数据采集系统中。采集到的数据可以直接放到U盘等存储器中，用户只需定期更换存储器即可，而且插入取出存储器也比较方便，充分发挥了USB接口灵活方便的特点。

参考文献

1． Don Anderson. USB系统体系. 中国电力出版社，2001

2． Universal Serial Bus Specification Revision 1.1, 1998.9