基于uCOSⅡ和CH375的U盘数据读写接口设计

单片机通过CH375读写U盘时的注意事项版本：1B1、概述USB总线接口芯片CH375支持USB-HOST和USB-DEVICE，可以用于单片机读写U盘。

本说明中的多数内容为建议性说明，而非强制性说明，建议的目的旨在提高最终产品的稳定性和可靠性，很多内容只是针对一般情况和大多数用户而言，而未考虑个别或者例外。

本说明中列举了一些发生在某些品牌U盘上的怪现象，都是我们实际测试现象的描述，我们并没有以此评价U盘的优劣，因为实际上它们可能已经算是所有U盘中比较优秀的几种，而且，我们也不排除这仅仅是品牌U盘中的个别现象，只是正好被我们碰到而已。

2、硬件2.1. CH375芯片1) CH375内部含有时钟振荡电路，但是驱动能力比普通的单片机要弱一些，振荡波形通常比较接近正弦波（普通单片机的振荡波形接近方波），这种弱振荡的优点是对外产生的电磁干扰较少，缺点是理论上自身比较容易受外来的干扰，当然，如果电路及PCB设计良好则不会产生干扰。

2) CH375的时钟可以使用普通12MHz石英晶体或者普通12MHz有源晶振，但是不宜使用频率误差较大的陶瓷晶体。

对于普通石英晶体，虽然CH375手册中标明振荡电容为15pF，但是原则上应该根据晶体厂家的推荐值选择匹配的振荡电容，例如是18pF、20pF、22pF、24pF、27pF等。

3) 如果电源电压为3.3V，可以将XI引脚的电容C1容量选用小些（例如10pF），或者用有源晶振或者外部振荡电路为CH375的XI引脚提供时钟，以保证时钟稳定性。

有的电路还可以在CH375的XO引脚串接100Ω到300Ω的电阻，改善振荡参数。

对于CH375B芯片，不需要外串电阻。

4) 为了降低电磁辐射，并减少来自外界的干扰，振荡电路的晶体X1的金属外壳应该接地，晶体X1以及电容C1、C2应该尽量靠近CH375，C1和C2的GND端应该尽量接近CH375的GND端，相关的PCB走线应该尽量短，并且可以在周边环绕接地线或敷铜。

CH375是USB总线的通用接口芯片，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。

MCS-51单片机读写U盘的电路原理图，CH375芯片的TXD引脚接高电平，工作于串口方式。

在串口方式下，CH375只需要与单片机/DSP/MCU连接3个信号线，TXD引脚、RXD引脚以及INT#引脚，其他引脚都可以悬空。

除了连接线较少之外，其他外围电路与并口方式基本相同。

由于INT#引脚和TXD 引脚在C H375复位期间只能提供微弱的高电平输出电流，在进行较远距离的连接时，为了避免INT#或者TXD在CH3 75复位期间受到干扰而导致单片机误操作，可以在INT#引脚或者TXD引脚上加阻值为1～5kΩ的上拉电阻，以维持较稳定的高电平。

在CH375芯片复位完成后，INT#引脚和TXD引脚将能够提供5mA的高电平输出电流或者5mA的低电平吸入电流。

单片机读写U盘的接口由于CH375内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通信协议的固件，所以嵌入式系统的单片机可以通过CH375将U盘（USB闪存盘、USB外置硬盘）作为可移动的大容量存储器。

数据读写只需要几条指令，而不需要详细了解USB通信协议。

如果嵌入式系统需要将USB存储设备组织为文件系统，可调用CH375文件级子程序库提供的接口API，由子程序库处理文件系统。

MCS-51单片机读写U盘范例源程序如下：#include#include "CH375INC.H"#include /* 以下定义适用于MCS-51单片机 */#define UINT8 unsigned char#define UINT16 unsigned short#define UINT32 unsigned long#define UINT8X unsigned char xdata#define UINT8VX unsigned char volatile xdataUINT8VX CH375_CMD_PORT _at_ 0xBDF1; /* CH375命令端口的I/O地址 */UINT8VX CH375_DAT_PORT _at_ 0xBCF0; /* CH375数据端口的I/O地址 */#define CH375_INT_WIRE INT0 /* P3.2, 连接CH375的INT#引脚,用于查询中断状态 */UINT8X DISK_BUFFER[512*32] _at_ 0x0000; /* 外部RAM数据缓冲区的起始地址 */UINT32 DiskStart; /* 逻辑盘的起始绝对扇区号LBA */UINT8 SecPerClus; /* 逻辑盘的每簇扇区数 */UINT8 RsvdSecCnt; /* 逻辑盘的保留扇区数 */UINT16 ; FATSz16; /* FAT16逻辑盘的FAT表占用的扇区数 *//* ********** 硬件USB接口层,无论如何这层省不掉,单片机总要与CH375接口吧 */void mDelaymS( UINT8 delay ) {UINT8 i, j, c;for ( i = delay; i != 0; i -- ) {for ( j = 200; j != 0; j -- ) c += 3;for ( j = 200; j != 0; j -- ) c += 3;}}void CH375_WR_CMD_PORT( UINT8 cmd ) { /* 向CH375的命令端口写入命令 */CH375_CMD_PORT=cmd;for ( cmd = 2; cmd != 0; cmd -- ); /* 发出命令码前后应该各延时2uS */}void CH375_WR_DAT_PORT( UINT8 dat ) { /* 向CH375的数据端口写入数据 */CH375_DAT_PORT=dat; /* 因为MCS51单片机较慢所以实际上无需延时 */}UINT8 CH375_RD_DAT_PORT( void ) { /* 从CH375的数据端口读出数据 */return( CH375_DAT_PORT ); /* 因为MCS51单片机较慢所以实际上无需延时 */ }UINT8 mWaitInterrupt( void ) { /* 等待CH375中断并获取状态,返回操作状态 */while( CH375_INT_WIRE ); /* 查询等待CH375操作完成中断(INT#低电平) */CH375_WR_CMD_PORT( CMD_GET_STATUS ); /* 产生操作完成中断,获取中断状态 */return( CH375_RD_DAT_PORT( ) );}/* ********** BulkOnly传输协议层,被CH375内置了,无需编写单片机程序 *//* ********** RBC/SCSI命令层,虽然被CH375内置了,但是要写程序发出命令及收发数据*/UINT8 mInitDisk( void ) { /* 初始化磁盘 */UINT8 Status;CH375_WR_CMD_PORT( CMD_GET_STATUS ); /* 产生操作完成中断, 获取中断状态 */Status = CH375_RD_DAT_PORT( );if ( Status == USB_INT_DISCONNECT ) return( Status ); /* USB设备断开 */CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_INIT ); /* 初始化USB存储器 */Status = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */if ( Status != USB_INT_SUCCESS ) return(Status ); /* 出现错误 */CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_SIZE ); /* 获取USB存储器的容量 */Status = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */if ( Status != USB_INT_SUCCESS ) { /* 出错重试 *//* 对于CH375A芯片,建议在此执行一次CMD_DISK_R_SENSE命令 */mDelaymS( 250 );CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_SIZE ); /* 获取USB存储器的容量 */Status = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */}if ( Status != USB_INT_SUCCESS ) return( Status ); /* 出现错误 */return( 0 ); /* U盘已经成功初始化 */}UINT8 mReadSector( UINT32 iLbaStart, UINT8 iSectorCount, UINT8X *oDataBuffer ) {UINT16 mBlockCount;UINT8 c;CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_READ ); /* 从USB存储器读数据块 */CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)iLbaStart ); /* LBA的最低8位 */CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)( iLbaStart >> 8 ) );CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)( iLbaStart >> 16 ) );CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)( iLbaStart >> 24 ) ); /* LBA的最高8位 */CH375_WR_DAT_PORT( iSectorCount ); /* 扇区数 */for ( mBlockCount = iSectorCount * 8; mBlockCount != 0; mBlockCount -- ) {c = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */if ( c == USB_INT_DISK_READ ) { /* 等待中断并获取状态,请求数据读出 */CH375_WR_CMD_PORT( CMD_RD_USB_DATA ); /* 从CH375缓冲区读取数据块 */c = CH375_RD_DAT_PORT( ); /* 后续数据的长度 */while ( c -- ) *oDataBuffer++ = CH375_RD_DAT_PORT( );CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_RD_GO ); /* 继续执行USB存储器的读操作 */}else break; /* 返回错误状态 */}if ( mBlockCount == 0 ) {c = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态*/if ( c== USB_INT_SUCCESS ) return( 0 ); /* 操作成功 */}return( c ); /* 操作失败 */}/* ********** FAT文件系统层,这层程序量实际较大,不过,该程序仅演示极简单的功能,所以精简 */UINT16 mGetPointWord( UINT8X *iAddr ) { /* 获取字数据,因为MCS51是大端格式 */ return( iAddr[0] | (UINT16)iAddr[1] << 8 );}UINT8 mIdenDisk( void ) { /* 识别分析当前逻辑盘 */UINT8 Status;DiskStart = 0; /* 以下是非常简单的FAT文件系统的分析,正式应用绝对不应该如此简单 */Status = mReadSector( 0, 1, DISK_BUFFER ); /* 读取逻辑盘引导信息 */if ( Status != 0 ) return( Status );if ( DISK_BUFFER[0] != 0xEB && DISK_BUFFER[0] != 0xE9 ) { /* 不是逻辑引导扇区 */DiskStart = DISK_BUFFER[0x1C6] | (UINT16)DISK_BUFFER[0x1C7] << 8| (UINT32)DISK_BUFFER[0x1C8] << 16 | (UINT32)DISK_BUFFER[0x1C9] << 24; Status = mReadSector( DiskStart, 1, DISK_BUFFER );if ( Status != 0 ) return( Status );}SecPerClus = DISK_BUFFER[0x0D]; /* 每簇扇区数 */RsvdSecCnt = DISK_BUFFER[0x0E]; /* 逻辑盘的保留扇区数 */FATSz16 = mGetPointWord( &DISK_BUFFER[0x16] ); /* FAT表占用扇区数 */return( 0 ); /* 成功 */}UINT16 mLinkCluster( UINT16 iCluster ) { /* 获得指定簇号的链接簇 *//* 输入: iCluster 当前簇号, 返回: 原链接簇号, 如果为0则说明错误 */UINT8 Status;Status = mReadSector( DiskStart + RsvdSecCnt + iCluster / 256, 1,DISK_BUFFER );if ( Status != 0 ) return( 0 ); /* 错误 */return( mGetPointWord( &DISK_BUFFER[ ( iCluster + iCluster ) & 0x01FF ] ) ); }UINT32 mClusterToLba(UINT16 iCluster ) { /* 将簇号转换为绝对LBA扇区地址 */ return( DiskStart + RsvdSecCnt + FATSz16 * 2 + 32 + ( iCluster - 2 ) *SecPerClus );}void mInitSTDIO( void ) { /* 仅用于调试用途及显示内容到PC机,与该程序功能完全无关 */SCON = 0x50; PCON = 0x80; TMOD = 0x20; TH1 = 0xf3; TR1=1; TI=1; /* 24MHz, 9600bps */}void mStopIfError( UINT8 iErrCode ) { /* 如果错误则停止运行并显示错误状态 */ if ( iErrCode == 0 ) return;printf( "Error status, %02X", (UINT16)iErrCode );}main( ) {UINT8 Status;UINT8X *CurrentDir;UINT16 Cluster;mDelaymS( 200 ); /* 延时200毫秒 */mInitSTDIO( );CH375_WR_CMD_PORT( CMD_SET_USB_MODE ); /* 初始化CH375,设置USB工作模式 */CH375_WR_DAT_PORT( 6 ); /* 模式代码,自动检测USB设备连接 */while ( 1 ) {printf( "Insert USB disk" );while ( mWaitInterrupt( ) != USB_INT_CONNECT ); /* 等待U盘连接 */mDelaymS( 250 ); /* 延时等待U盘进入正常工作状态 */Status = mInitDisk( ); /* 初始化U盘,实际是识别U盘的类型,必须进行此步骤 */ mStopIfError( Status );Status = mIdenDisk( ); /* 识别分析U盘文件系统,必要操作 */mStopIfError( Status );Status = mReadSector( DiskStart + RsvdSecCnt + FATSz16 * 2, 32,DISK_BUFFER );mStopIfError( Status ); /* 读取FAT16逻辑盘的根目录,通常根目录占用32个扇区*/for ( CurrentDir = DISK_BUFFER; CurrentDir[0] != 0; CurrentDir += 32 ) {if ( ( CurrentDir[0x0B] & 0x08 ) == 0 && CurrentDir[0] != 0xE5 ) {CurrentDir[0x0B] = 0; /* 为了便于显示,设置文件名或者目录名的结束标志 */ printf( "Name: %s", CurrentDir ); /* 通过串口输出显示 */}} /* 以上显示根目录下的所有文件名,以下打开第一个文件,如果是C文件的话 */if ( (DISK_BUFFER[0x0B]&0x08)==0 && DISK_BUFFER[0]!=0xE5 && DISK_BUFFER[8] =='C' ) {Cluster = mGetPointWord( &DISK_BUFFER[0x1A] ); /* 文件的首簇 */while ( Cluster < 0xFFF8 ) { /* 文件簇未结束 */if ( Cluster == 0 ) mStopIfError( 0x8F ); /* 对于首簇,可能是0长度文件*/Status = mReadSector( mClusterToLba( Cluster ), SecPerClus,DISK_BUFFER );mStopIfError( Status ); /* 读取首簇到缓冲区 */DISK_BUFFER[30] = 0; printf( "Data: %s", DISK_BUFFER ); /* 显示首行*/Cluster = mLinkCluster( Cluster ); /* 获取链接簇,返回0说明错误 */}}while ( mWaitInterrupt( ) != USB_INT_DISCONNECT ); /* 等待U盘拔出 */mDelaymS( 250 );}}该程序可以支持WINDOWS按FAT16格式化的U盘__________________________。

基于CH375的USB数据采集应用程序摘要利用USB接口技术，采用USB模块CH375与AT89C81结合，实现与计算机通信。

给出了CH375与单片机接口电路的原理简图，并详细介绍了实现USB数据传输的上位机的程序设计。

关键词：USB，CH375，AT89C51，上位机一、CH375模块简介USB模块CH375是一个USB总线的通用设备接口芯片，用户无需编写驱动程序，内置有USB通讯中的底层协议，完全满足USB1.1标准。

具有8位数据总线（D0～D7）、地址输入（A0）、读（RD#）、写（WR#）、片选控制线（CS#）以及中断输出（INT#），可以方便地挂接到单片机的数据总线上。

当A0为低电平时选择数据端口，单片机通过8位并口对CH375进行读写数据；为高电平时选择命令端口，可以向其写入命令。

在本地端，单片机对CH375的操作是采用命令加数据的I/O操作方式，任何操作都是先发命令给CH375，然后执行数据输入输出。

CH375接收到上位机发送的数据或者发送完给上位机的数据后，以中断方式通知单片机，并进行相应处理。

将CH375芯片的驱动程序、动态链接库拷贝到上位机中，利用CH375动态链接库DLL 提供的API函数对其进行操作，对USB设备的通信就几乎和访问本地硬盘中的文件差不多了。

二、系统原理图CH375的数据总线直接与AT89C51的数据总路线P0口相连，中断输出INT#与AT89C51的外部中断INT1相连，RD#、WR#与A T89C51的RD、WR对应，片选A0及CS#分别接P2.0和P2.1。

接接线电路图如下：三、设计通信方案USB模块CH375在计算机应用层与其本地端单片机AT89C51之间提供了端对端的连接。

统一采用数据加应答方式进行通信，所有的通信都由计算机应用层发起，然后以接收到单片机的应答结束。

单一通道完整的通信过程包括：①计算机应用层按事先约定的格式将数据请求发送给CH375；②CH375以中断方式通知单片机。

收稿日期:2005-09 作者简介:秦霆镐(1953—),男,副教授,主要研究方向为自动测控技术及楼宇自动化等。

图2　CH375的U 盘读写模块外观图基于CH375的U 盘读写模块在移动数据交换中的应用秦霆镐,凌　辉,庞海珑(上海大学自动化系,上海200072) 摘要:提出一种基于CH375的U 盘读写模块与51系列单片机相结合以实现US B 主机功能的方法,给出了该方法的软硬件具体实现。

关键词:US B 主机;数据交换;CH375中图分类号:TP39 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2006)01-0034-03Appli ca ti on of USB M odule Ba sed on CH375i n Da t a ExchangeQ I N G Ting 2hao,L I N G Hui,P ANG Hai 2l ong(Aut omati on Depart m ent,Shanghai University,Shanghai 200072,China )Abstract:A method of realizati on of US B host functi on is devel oped by combiningMCS 251MC U and the US B module based on the chi p of CH375.The design of s oft w are and hard ware is p resented in detail and p r os pect is made .Key words:US B host;data exchange;CH3751　基于CH375的U 盘读写模块简介CH375是一个US B 总线的通用接口芯片,支持HOST 主机方式和S LAVE 设备方式。

在本地端,CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出,可以方便地挂接到单片机/DSP /MCU 等控制器的系统总线上。

信息产业引言在人们的日常生活中或是在工业控制领域，常常需要一套简单的设备，长时间采集数据，然后集中分析。

在这种情况下，传感器+单片机+USB接口+U盘存储器是一种简便、实用、成本小的解决方案。

文中主要介绍了单片机与CH375的硬件连接，U盘数据存储格式以及软件设计。

1硬件设计1.1芯片选择微处理器芯片的选择依据是片内RAM，片内RAM主要作用是临时存储采集到的数据（数据缓冲区），如果片内RAM不够大，那么会导致频繁的写U盘，这对U盘的寿命和通讯的速率都会产生影响，在此选择AVR128（4K片内RAM）。

USB接口芯片选择CH375，CH375是国内的南京沁恒公司开发的产品，是USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式，内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通讯协议的固件。

外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB存储设备（包括USB硬盘/USB闪存盘/U盘）。

存储设备可选普通U盘，价格低、寿命长、携带方便。

1.2硬件连接（见图1）单片机与CH375模块之间的连接使用8位并行数据线、A0线、读使能、写使能、片选和中断信号，可以方便进行数据交换。

U盘直接插在CH375模块的USB接口上。

具体电路图如图2。

片选是通过地址线A9来直接操作的，低电平选中，A0接地址线，中断接在INT上。

单片机控制CH375的命令是通过在数据总线上写命令字节来实现的，其中地址线A0用来区分写命令或者数据，当A0=1时可以在总线上写命令；当A0=0时可以在总线上读写数据。

所以，单片机写命令即为写地址0x1**（**为命令字节），读写数据则为0x0**（**为数据字节）。

2U盘数据存储结构2.1存储数据的两种方式方式一：不按PC机上文件系统的方式存储，这种方式只是单纯的把U盘作为一个ROM存储器。

这种存储数据的方式对于单片机来说比较简单，但是把U盘插入电脑后，不能直接读出U盘的数据。

基于CH375接口电路的LPT-USB打印机驱动器的设计与实现1 本课题来源于北京普析通用公司。

由于该公司现有光谱仪器的单机版（如1810和T6等）采用的是并行口打印技术，而随着USB打印机技术的逐渐普及，并行口打印机越来越少，有些用户原有的打印机只是USB接口而非并行口，因此现有仪器对打印机的支持不能适应用户需要。

为了使该公司的并行口仪器直接和USB打印机相连，笔者设计了一种 LPT-USB打印机驱动器，实现并口仪器与USB打印机的连接。

笔者利用单片机和USB总线接口器件实现LPT-USB打印机驱动器的设计。

利用该设计将能够实现并行打印口数据在USB打印机上的直接打印，克服了有些并口仪器必须连接并口打印机才能打印的弊端，极大地方便了用户的使用。

2 CH3752.1 CH375 CH375 是一个USB总线通用接口电路，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。

CH375内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串型接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。

在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线及中断输出，可以方便地挂接到单片机、DSP、MCU等控制器的系统总线上。

CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备，外部单片机、DSP、MCU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。

CH375的特点如下： （1）全速USB-HOST主机接口符合USB1.1，支持动态切换主机与设备方式，外围元器件只需要1个晶体和2个电容； （2）主机端点输入和输出缓冲区各有64字节，支持常用的12Mb/s全速USB设备； （3）支持USB设备的控制传输、批量传输、中断传输； （4）自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的通知； （5）内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输； （6）并行接口包含8位数据总线，4线控制：读选通、写选通、片选输入和中断输出； （7）串行接口包括串行输入、串行输出和中断输出，支持通信波特率的动态调整。