在简单介绍USB原理的基础上，给出了嵌入式USB－host功能模块软、硬件设计的思路和方法，用以实现单片机和USB设备间的数据传输。

   一、前言

由于各种各样的基于USB的移动设备都集成有USB设备功能，导致具有USB接口的数字设备无法应用到嵌入式系统中。因此，USB主机的嵌入式应用就成了USB领域新的研究的焦点。解决这一问题可在USB设备的嵌入式系统中集成USB Host功能模块，使之具有与USB设备进行数据传输的能力。

   二、USB基本原理

USB原理主要定义了以下几点：

（一）USB的物理接口

USB通过四芯线传输信号,其中D+、D-是一对差分模式的信号线，Vcc、GND为电源的正负线。

  （二）USB总线的拓扑结构

USB系统主要以主机控制器（Host

Controller）、转接器hub与设备节点（Node）的方式连接组成系统的拓扑结构，最多可以延伸到4个层次。  

（三）USB总线协议

USB协议使用物质循环冗余校验（CRC）作为每个标志包以及数据包的差错控制，并有相应的硬件和软件处理。USB传输数据是以包（Packet）的形式进行的，其有三个包：标志包（Token Packet）——用来说明数据传输的类型、方向、USB设备地址和终端号；数据包（Data Packet）——是根据标志包的内容来传输数据；握手包（Handshake

Packet）——是向数据发送者提供反馈信息，以便开始和停止发送数据。

（四）USB传输的数据流类型

USB数据传输是在主机软件和USB设备上的一个特定端口之间进行，USB有四种数据传输类型：控制传输（Control Transfer）、批量传输（Bulk Transfer）、中断传输（Interrupt  Transfer）、同步传输（Isochronous Transfer）。其不同的数据传输执行不同的功能。

（五）USB电源管理系统

USB有两种电源分配模式：总线供电（Bus-Powered）模式和独立供电（Self- Powered）模式。

三、USB－host功能模块硬件设计

USB技术规范将使用USB进行数据传输的双方分划为两种角色：Host和Slave，并且规定，数据传输只能发生在Host和Slave之间。在嵌入式系统中集成USB　Host功能模块，使之具有与USB Slave设备进行数据传输的能力。

四、USB Host 模块的Firmware设计

 

USB Host模块设计中最困难的就是Firmware（固件）设计，该模块固件程序主要几个部分组成：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；并指定其USB地址的子程序，以及其他数据通信的子程序。

以包为基础，USB定义的4种数据传输类型所能达到的传输速度、占用USB总线的宽带、传输数据的总量和应用场合等都是不同的。每种传输方式都由很多个事务来完成。USB事务处理一般由3个阶段组成：令牌阶段、数据阶段和握手阶段。

在USB Host模块中，固件的核心部分是USB传输函数usbXfer。usbXfer管理着USB的事务处理，其入口参数有：设备地址UsbAddr、端点地址Endpoint、令牌包类型PID、端点最大负荷Payload、传输数据总长度Length、数据缓存区指针Bufer。

USB主机检测到设备连接好后要对其进行配置，称为设备的枚举，该部分固件的核心是设备请求函数VendorCmd。VendorCmd构建在usbXfer函数之上，通过调用usbXfer进行若干次的控制传输来实现。控制传输由3个阶段组成：建立阶段、数据阶段和状态阶段。

设备的枚举过程主要包括以下步骤：（1）主机请求设备控制端点0，以确定缺省管道支持的最大数据量。（2）主机给USB设备分配1个惟一的地址。（3）主机从描述符中读取配置信息并加以执行。（4）主机验证设备所需要的资源是否可以获得。（5）主机USB设备发送1个配置值，指出如何使用该设备。枚举成功后，主机和设备就可根据设备接口类型，采用相应的接口协议进行数据控制和传输。

   五、结语

   USB Host模块在用户需要时，可以读取U盘中的文件进行分析、处理，为用户实现大容量、高速度、可靠数据存储和处理提供了可能性，解决了嵌入式系统大容量存储问题，该模块也可移植到其他嵌入式系统中，应用前景广泛。

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