嵌入式USB主機硬件設計
選用廉價的51系列單片機（89C52）控制USB主機接口芯片SL811HS，同時，通過MAX232芯片與PC機通信。硬件接線示意圖如下所示：

嵌入式USB主機軟件設計
下面將從底層到高層詳細地介紹本系統(tǒng)的軟件設計。

4.2.1單片機讀寫SL811HS

4.2.1.1讀取SL811HS內存的數(shù)據(jù)
根據(jù)SL811HS的讀寫時序要求，讀取數(shù)據(jù)前首先發(fā)送地址：
void SetHostAddress(char AddressP)
{
 P_BUS=AddressP;/*數(shù)據(jù)總線發(fā)送地址，但此時地址還不會被SL811HS接收*/
 P_CTRL=0x90;/*設置總線控制信號為SL811HS接收地址信號，具體含義如下所示：*/
   /*P_CTRL  ;0x90, 98, F0
   P_CTRL.0  ;  -  - -
   P_CTRL.1  ;  -  - -
   P_CTRL.2  ;  -  - -
   A0    ;  0  1 0
   nRST   ;  1  1 1
   nCS    ;  0  0 1
   nWR   ;  0  0 1
   nRD    ;  1  1 1 */
 nWR=1;
 nCS=1; /*地址傳輸完畢后，關閉片選、寫等信號*/
 P_CTRL=0xF0;
}
地址發(fā)送完畢之后，SL811HS就接到了需要讀取的內存單元地址（包括寄存器的地址）。緊接著單片機就可以讀取數(shù)據(jù)：
unsigned char HostRead(void)
{
 A0=1; /* 滿足SL811HS的時序要求，先保證A0和nCS的有效*/
 NCS=0;
 P_CTRL=0x58; /*設置控制位信號，讀取SL811HS內的數(shù)據(jù)*/
   /*P_CTRL  ;0x90, 58, F0
   P_CTRL.0  ;  -  - -
   P_CTRL.1  ;  -  - -
   P_CTRL.2  ;  -  - -
   A0    ;  0  1 0
   nRST   ;  1  1 1
   nCS    ;  0  0 1
   nWR   ;  0  1 1
   nRD    ;  1  0 1 */
 return P_BUS; /*函數(shù)返回讀取的SL811HS內存的數(shù)據(jù)*/
}

4.2.1.2寫入數(shù)據(jù)到SL811HS內存
與讀數(shù)據(jù)類似，單片機要往SL811HS的內存單元寫數(shù)據(jù)時，也要首先發(fā)送地址，然后再發(fā)送要寫入的數(shù)據(jù)。為了簡便起見，寫數(shù)據(jù)過程中發(fā)送地址和數(shù)據(jù)的功能都放在一個函數(shù)中執(zhí)行。
Void HostWrite(char HostWriteAddress, char WriteConstent)
{ /*參數(shù)HostWriteAddress輸入要寫入數(shù)據(jù)的SL811HS內存的地址，WriteConstent為要寫入的地址*/
 P_BUS=HostWriteAddress; /*準備好需要發(fā)送的地址*/
 P_CTRL=0x90;
   /*P_CTRL  ;0x90, 98, F0
   P_CTRL.0  ;  -  - -
   P_CTRL.1  ;  -  - -
   P_CTRL.2  ;  -  - -
   A0    ;  0  1 0
   nRST   ;  1  1 1
   nCS    ;  0  0 1
   nWR   ;  0  0 1
   nRD    ;  1  1 1 */
 nWR=1;
 nCS=1;
 P_BUS=WriteContent; /*準備好需要發(fā)送的數(shù)據(jù)*/
 P_CTRL=0x98; /*重新安排好控制信號，發(fā)送數(shù)據(jù)*/
 P_CTRL=0xF4;
}

4.2.1.3讀寫批量數(shù)據(jù)
有時單片機和SL811HS之間要進行批量數(shù)據(jù)的傳輸，為方便操作，設計了能夠批量進行數(shù)據(jù)讀或寫的函數(shù)：
/*批量寫*/
void HostBulkWrite(char addr, unsigned char *s, char c)
{ /*參數(shù)addr為SL811HS中寫入數(shù)據(jù)的起始地址，*s為單片機內存放的需要寫入的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，c為總共要寫入的字節(jié)數(shù)*/
 if(c<=0) return;
 while(c--)
 {
  HostWrite(addr++,*s++);
 }
}
/*批量讀*/
void HostBulkRead(char addr, unsigned char *s, char c)
{ /*參數(shù)addr為SL811HS中讀取數(shù)據(jù)的起始地址，*s為單片機內存放讀取來的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，c為總共要讀入的字節(jié)數(shù)*/
 if(c<=0) return;
 while(c--)
 {
  SetHostAddress(addr++);
  *s++=HostRead();
 }
}

4.2.2階段USB傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

4.2.2.1 SL811HS的初始化
初始化主要是對SL811HS的部分內部寄存器進行設置：
Void SL811HS_Init(void)
{ 
 HostWrite(IntEna,0x20);
 HostWrite(CSOFcnt, 0xAE);
HostWrite(CtrlReg, 0x08);
HostWrite(CtrlReg, 0x00);
 HostWrite(CSOFcnt, 0xAE);
HostWrite(CtrlReg, 0x08);
DelayMs(10);
HostWrite(CtrlReg, 0x00);
DelayMs(1);
HostWrite(IntStatus, 0xFF);
}

4.2.2.2三種階段USB傳輸?shù)膶崿F(xiàn)
三種階段USB傳輸都可以由這個函數(shù)（下稱“階段傳輸實現(xiàn)函數(shù)”）實現(xiàn)：
void USB_Transaction(unsigned char PID, unsigned char EP_Address, unsigned char Address, int Length, char *pDataBuf);

4.2.2.2.1發(fā)送或接收前的準備工作

4.2.2.2.1.1設置EP0Status寄存器
本設計涉及到了多種階段的USB傳輸，但這里需要考慮的只有3種，分別是建立（SETUP）、數(shù)據(jù)輸入（IN）和數(shù)據(jù)輸出（OUT）階段。階段傳輸實現(xiàn)函數(shù)的輸入參數(shù)中，PID就是用來區(qū)別這3種傳輸階段。
#define PID_SETUP 0x2D
#define PID_IN 0x69
#define PID_OUT 0xE1
階段傳輸實現(xiàn)函數(shù)的第二個需要輸入的參數(shù)就是端點號EP_Address，大小為1字節(jié)（實際只有低4位有效，高4位為0），類型為unsigned char 。U盤等類似的USB Mass Storage類設備一般具有3個端點：一個是端點0，用于處理控制傳輸；另一個是批量輸出Bulk_OUT端點，該端點用于接收主機發(fā)來的批量數(shù)據(jù)，端點號有設備定義；還有一個就是批量輸入Bulk_IN端點，用于給÷向主機發(fā)送批量數(shù)據(jù)，其端點號也由設備定義。
從硬件角度來講，程序需要把PID和EP_Address組合在一起后寫入EP0Status寄存器。
unsigned char PID_EPA; /*用于儲存PIN和EP_Address的組合值*/
PID_EPA=PID&0x0F; /*PID的高4位位校驗碼，低4位為有效值*/
PID_EPA=(PID_EPA<<4)+EP_Address; /*按照EP0Status寄存器的要求合并PID和EP_Address*/
HostWrite(EP0Status,PID_EPA);

4.2.2.2.2設置EP0Counter寄存器
階段傳輸實現(xiàn)函數(shù)的第三個需要輸入的參數(shù)是設備的地址Address，大小為1字節(jié)，類型為unsigned char。
HostWrite(EP0Counter,Address);/*設備地址的D7位值為0，D6～D0位代表地址*/

4.2.2.2.3設置EP0XferLen寄存器
第四個參數(shù)是發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)的長度Length，大小為2字節(jié)，類型為int。這個長度還需要和相應端點的最大包尺寸MaxPacketSize進行比較。如果Length小于MaxPacketSize，就說明需要發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)長度比相應端點的最大包尺寸還小，因此，主機和該端點之間只要進行一次數(shù)據(jù)傳輸就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。反之，如果Length大于MaxPacketSize，那么就需要將發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)進行分割，第一批發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)長度就是MaxPacketSize，剩下的數(shù)據(jù)就利用 SL811HS的“乒乓”機制進行發(fā)送。最后需要把實際要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度寫入SL811HS的EP0XferLen寄存器中。
/*定義變量CurentLength，用于保存當前需要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度*/
if(Length>MaxPacketSize)
{
 CurrentLength=MaxPacketSize;
}
else
 CurrentLength=Length;
HostWrith(EP0XferLen,(unsigned char)CurrentLength);/*注意這里的變量類型轉換*/

4.2.2.2.4設置EP0Address寄存器
最后一個需要確定是發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的緩沖地址*pDataBuf，大小為1字節(jié)。
在這里pDataBuf是指向單片機內存單元的指針，但實際讀寫數(shù)據(jù)是要以SL811HS的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)作為中介的。
為加快數(shù)據(jù)傳輸，把SL811HS的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分成兩部分：SL811HS_Buf0和SL811HS_Buf1。SL811HS_Buf0的起始地址就可以定為0x10。而SL811HS_Buf1的地址就根據(jù)端點最大包尺寸進行調整。

Unsigned char SL811_HS_Buf0 ＝0x10, SL811HS_Buf1;
If(Length>MaxPackeSize)
{
 SL811HS_Buf1= SL811HS_Buf0+MaxPacketSize;
}
HostWrite(EP0Address, SL811HS_Buf0);/*當前數(shù)據(jù)發(fā)送從SL811HS_Buf 0開始*/
如果主機要發(fā)送數(shù)據(jù)給設備，就需要把*pDataBuf中的數(shù)據(jù)復制到SL811HS的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中：
HostBulkWrite(SL811HS_Buf0,pDataBuf,CurrentLength);
如果是主機接收數(shù)據(jù)，那么在以下的處理中，就會把SL811HS緩沖區(qū)中的接收到的設備的數(shù)據(jù)通過HostBulkRead()函數(shù)復制到單片機的緩沖區(qū)中。
HostBulkRead(SL811HS_Buf0,pDataBuf,CurrentLength);

4.2.2.2.5啟動發(fā)送或接收
啟動USB數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收實際上是通過向SL811HS的EP0Control寄存器發(fā)送命令字CmdWord來實現(xiàn)的。
首先，PID等參數(shù)的不同，CmdWord的值也不同，根據(jù)EP0Control寄存器每一位的屬性，有如下配置程序：
unsigned char CmdWord;
if(PID==PID_SETUP)
{
 CmdWord=0x03; /*控制傳輸?shù)腟ETUP事務*/
}
else
{
 if(EP_Address==0)
 {
  if(PID==PID_IN)
  {
   CmdWord=0x47; /*控制傳輸?shù)妮斎隝N事務*/
  }
  else
  {
   CmdWord=0x43; /*控制傳輸?shù)腛UT事務*/
  }
 }
 else
 {
  if(PID==PID_IN)
  {
   CmdWord=0x07; /*批量傳輸IN事務*/
  }
  else
  {
   CmdWord=0x03; /*批量傳輸OUT事務*/
  }
 }
}
將CmdWord命令字發(fā)送到SL811HS的EP0Control寄存器后，就啟動了數(shù)據(jù)包的發(fā)送或接收了：
HostWrite(IntStatus, 0xFF); /*清除中斷狀態(tài)位*/
HostWrite(EP0Control, CmdWord);
剩下的工作就是查詢SL811HS的IntStatus寄存器，以查看發(fā)送或接收的完成情況，有需要時，最后還可以查看EP0status獲取握手包的有關信息，但其實所有的握手包信息都是有硬件自動完成的。

4.2.3事務USB傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

4.2.3.1控制傳輸
包含了三個階段：建立階段、可選數(shù)據(jù)階段以及狀態(tài)階段。
Void Control_Transfer(pRequestCMD RequestCMD, unsigned char* pDataBuf_x);

4.2.3.1.1建立階段的實現(xiàn)
任務就是發(fā)送建立的8字節(jié)請求命令，命令的數(shù)據(jù)結構為（注意該段定義是放在Control_Transfer()函數(shù)之外的）：
typedef struct{
 unsigned char bmRequest Type;
 unsigned char bRequest;
 unsigned int wValue;
 unsigned int wIndex;
 unsigned int wLength;
}REQUESTCMD,*pRequestCMD;
在這里只需調用一次USB_Transaction()函數(shù)即可：
USB_Transaction(PID_SETUP, 0 , Device_Address, 0x08, (char *)RequestCMD);
/*發(fā)送的令牌為PID_SETUP，端點號為0，設備地址為Device_Address，發(fā)送數(shù)據(jù)長度為8字節(jié)，發(fā)送內容為相應的請求命令*/

4.2.3.1.2可選數(shù)據(jù)階段的實現(xiàn)
注意數(shù)據(jù)傳輸方向，實現(xiàn)過程如下：
if(RequestCMD->wLength)
{
 if(RequestCMD->bmRequestType & 0x80) /*判斷為PID_OUT*/
 {
  USB_Transaction(PID_OUT, 0, Device_Address, RequestCMD->wLength, pDataBuf_x);
 }
 else /*判斷為PID_IN*/
 {
  USB_Transaction(PID_IN, 0, Device_Address, RequestCMD->wLength, pDataBuf_x);
 }
}

4.2.3.1.3狀態(tài)信息階段的實現(xiàn)
在需要時（如可選數(shù)據(jù)階段為IN），主機發(fā)送控制傳輸?shù)臓顟B(tài)信息：
USB_Transaction(PID_OUT, 0, Device_Address, 0, pDataBuf_x);

4.2.3.2批量傳輸
類似與控制傳輸中的可選數(shù)據(jù)階段，有兩個函數(shù)，分別對應于批量傳輸IN和批量傳輸OUT：
void Bulk_Transfer_IN(int Length_bi, unsigned char* pDataBuf_bi)
{
 USB_Transaction(PID_IN,EP_Bulk_IN,Device_Address, Length_bi, pDataBuf_bi);
}
void Bulk_Transfer_OUT(int Length_bo, unsigned char* pDataBuf_bo)
{
 USB_Transaction(PID_OUT,EP_Bulk_OUT,Device_Address, Length_bi, pDataBuf_bo);
}

4.2.4 USB設備枚舉的實現(xiàn)
現(xiàn)在，各種枚舉所需的傳輸實現(xiàn)函數(shù)已經好了，要實現(xiàn)USB請求動作進而實現(xiàn)設備枚舉是很容易的了。下面是兩個典型請求動作的實現(xiàn)函數(shù)：
/*獲取描述符請求命令*/
void Get_Descriptor(unsigned int wValue_d, unsigned char Length_d, unsigned char * pDataBuf_d)
{
 REQUESTCMD RequestCMD; /*建立該請求命令的結構*/
 RequestCMD.bmRequestType=0x80; /*填入該請求命令的內容*/
 RequestCMD.bRequest=GET_DESCRIPTOR;
 RequestCMD.wValue=wValue_d;
 RequestCMD.wIndex=0;
 RequestCMD.wLength=Length_d;
 Control_Transfer(&RequstCMD,pDataBuf_d);
}

/*設置設備地址請求命令*/
void Set_Address(unsigned int Device_address_e)
{
 REQUESTCMD RequestCMD; /*建立該請求命令的結構*/
 RequestCMD.bmRequestType=0x00; /*填入該請求命令的內容*/
 RequestCMD.bRequest=SET_ADDRESS;
 RequestCMD.wValue=w Device_address_e;
 RequestCMD.wIndex=0;
 RequestCMD.wLength=0;
 Control_Transfer(&RequstCMD,0);
}

嵌入式USB主機