基于ARM的USB接口设计

Ｉ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

基于ＡＲＭ９的ＵＳＢ与多通道ＣＡＮ转换器的设计　

杨晔，曲波　（苏州大学电子信息学院，江苏苏州２１５０２１）　

摘要：介绍了基于嵌入式系统的ＵＳＢ与多通道ＣＡＮ转换器的设计。将ＵＳＢ总线与ＣＡＮ总线　的特点相结合，使上位机能够通过ＵＳＢ接口同时监视多个ＣＡＮ通道（最多８个），完成ＵＳＢ总线与　ＣＡＮ总线的数据双向传输。　关键词：嵌入式系统；ＵＳＢ总线；ＣＡＮ总线；ＣＰＬＤ　中图分类号：ＴＰ３３６　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＵＳＢ－ＣＡＮ　ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ９　

ＹＡＮＧ　Ｙｅ，ＱＵ　Ｂｏ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｓｏｏｃｈｏｗ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕ￣ｏｕ　２１５０２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＵＳＢ－ＣＡＮ　ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＳＢ　ｂｕｓ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　ｂｕｓ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｍａｄｅ　ＰＣ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｓｅｖｅｒａｌ（ｕｐ　ｔｏ　８）ＣＡＮ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ＵＳＢ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｃａｎ　ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈ　ｔｈｅ　ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ　ｄａｔａ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＵＳＢ　ｂｕｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　ｂｕｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ；ＵＳＢ　ｂｕｓ；ＣＡＮ　ｂｕｓ；ＣＰＬＤ　

ＵＳＢ是电脑主流的外围串行总线，是一种新型、快速、　双向、同步传输、并可以热插拔的数据传输总线。ＣＡＮ总　线是拥有多主节点、开放式架构、错误检测及自恢复能　力等优势的一种总线。但一般工控机不具有ＣＡＮ总线　接口，需要专门的接口卡才能连接，并且专用接口卡成　本较高，连接不便。而ＵＳＢ的即插即用特性可以解决了　上述问题。目前性价比高的ＵＳＢ—ＣＡＮ数据转换器比较　少见，而且能应用的ＣＡＮ通道数较少，一般只有１～２　路。如要应用于大型的ＣＡＮ总线网络，　、　ＣＡＮ接Ｅｌ不够用，而使用开发商提供的各　种ＵＳＢ—ＣＡＮ接口适配器，就会出现各参　数及ＣＡＮ总线的配置不统一的问题。为了　解决了这个问题，本文提出了一种ＵＳＢ与　多通道ＣＡＮ转换器的设计方案。　本设计基于ＡＲＭ９处理器和ｓＪＡ１０００　ＣＡＮ控制器，能较好地以低成本实现ＵＳＢ　与ＣＡＮ之间的传输。此转换器可以作为　“测试工具”应用于汽车电子，也可以作为　“工业控制设备”应用于工业控制现场。　１模块结构的总体设计　本设计将具有远距离传输能力的ＣＡＮ　总线与即插即用的ＵＳＢ接口相结合，即利　用ＵＳＢ接口方便的特性来实现ＣＡＮ总线和主机的连　接。并且扩展了８路通道的ＣＡＮ总线，高效地扩大了　ＣＡＮ总线的应用范围。ＵＳＢ—ＣＡＮ转换器的总体框图如　图１所示。　图中，ＲＳ２３２．串口用于系统的调试，ＲＪ４５接口用于　调试同时也作为将来系统的扩展使用。本设计自带８路　ＣＡＮ接口和２路ＬＩＮ接口，实现ＵＳＢ与ＣＡＮ总线的数　据双向传输。　

电脑编程技巧与维护　基于ＡＲＭ嵌入式系统的ＵＳＢ连机通信的实现　陈浩　（江苏食品职业技术学院，江苏淮安２２３００３）　摘要：目前ＵＳＢ接口已经成为计算机外围设备诸如移动存储设备、数码产品乃至移动通讯设备与计算机互连的首　选标准接口。介绍了基于ＡＲＭ微处理器嵌入式系统的与ＰＣ机通过ＵＳＢ端口进行连机通信的实现方法。　关键词：嵌入式系统’９通用串行总线设备；连机通信　Ｅｖｅｎ　ｔｈｅ　ＵＳＢ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　ＣＨＥＮ　Ｈａｏ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｆｏｏｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｈｕａｉａｎ　２２３００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵＳＢ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｎｃｌｉｎｅｄ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＰＣ　ａｎｄ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｄｉｇｉｔａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｎｄ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｗｉｌｌ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ＡＲＭ　ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－ｂａｓｅｄ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ＰＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ＵＳＢ　ｐｏｒｔ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ；ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅ；ｍａｃｈｉｎｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　１　嵌入式系统简介　１．１嵌入式系统的定义和组成　根据ＩＥＥＥ（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系　统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”　（ｄｅｖｉｃｅｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍｏｎｉｔｏｒ，ｏｒ　ａｓｓｉｓｔ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｏｒ　ｐｌａｎｔｓ）。从中可以看出嵌入式系统是　软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国　内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术　为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、　成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。　一般来说，嵌入式系统的架构可以分成４个部分：处理　器、存储器、输入倚出和软件，如图１所示。　

第９卷第ｌＯ期　２０１０年１Ｏ月　软件导刊　

Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｇｕｉｄｅ　ＶＯ１．９　ＮＯ．１０　０ｃｔ．２０１Ｏ　

基于ＡＲＭ７的ＵＳＢ数据通信系统设计　

孙建华　，高永飞　

（１．石家庄铁道大学四方学院，河北石家庄０５１１３２；２．中国铁建十六局集团有限公司，北京１０００１８）　

摘　要：ＵＳＢ以其快速、多设备类以及即插即用的特点成为了目前应用最广泛的计算机外设总线。研究了ＵＳＢ总线　

相关技术，设计了ＵＳＢ接口电路，基于ＡＤＳ１．２设计了ＵＳＢ２．０协议固件程序，基于Ｄｒｉｖｅｒ　Ｓｔｕｄｉｏ设计了主机驱动程　

序。完成了基于ＡＲＭ７的ＵＳＢ数据通信系统设计，并进行了系统测试。　

关键词：ＵＳＢ；ＡＤＳ１．２；Ｄｒｉｖｅｒ　Ｓｔｕｄｉｏ；ＡＲＭ７　

中图分类号：ＴＰ３１１．５２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７８００（２０１０）１０—００８０—０２　

０　引言　

通用串行总线（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｓｅｒｉａｌ　ｂｕｓ）ＵＳＢ是目前在世界范　

围内应用最广泛、发展前景最大的总线之一，其应用遍布了人　

们生活的方方面面，在各种电子设备中都能够看到它的应用，　

如ＭＰ３、读卡器、Ｕ盘、移动硬盘、数码相机、扫描仪、游戏机、打　

印机等等．皆因其首创的即插即用概念，彻底摒弃了以往其他　总线不能热拔插的弊病。　

１　ＵＳＢ通信的内容　

ＵＳＢ总线大体包含了４个部分的内容：硬件电路、ＵＳＢ驱　动、ＵＳＢ固件程序以及ＵＳＢ协议。其中，ＵＳＢ协议既规定了硬　

件结构，也制定了软件开发标准，是ＵＳＢ总线最核心、也是最　

复杂的部分。在软件上，用户的应用程序要访问具有ＵＳＢ接口　

的设备，需要根据协议实现两部分软件的设计：设备固件程　

序——固化在设备存储器中。用以描述该设备ＵＳＢ总线相关　

的信息：主机驱动程序——用于ＵＳＢ设备在主机上的注册信　

息，包含标识码、设备名等。　

图１　ＵＳＢ总线内容　

２　ＵＳＢ数据通信系统结构　

ＵＳＢ数据通信系统结构设计如图２所示。该系统包括微控　制器ＬＰＣ２３６８、ＵＳＢ接口电路、上位机以及其他外围电路等。其　

基于STM32的高速USB通信模块设计与实现

USB（Universal Serial Bus）是一种通用串行总线标准，可用于连接计算机与外部设备，例如打印机、键盘、鼠标等。STM32是一种基于ARM Cortex-M内核的单片机系列，具有高性能和丰富的外设。本文将介绍基于STM32的高速USB通信模块的设计与实现。

首先，我们需要选择一个适合的STM32单片机型号。在选择时，我们应考虑USB的速度要求、外设的功能要求以及单片机的处理能力和资源。在高速USB通信中，我们可以选择STM32F4系列，因为它具有高速USB2.0 OTG（On-The-Go）接口和丰富的外设，适合高速数据传输。

接下来，我们需要设计硬件电路。在设计过程中，我们需要包括STM32单片机、USB接口芯片、时钟电路、电源电路、外设等。其中，USB接口芯片起着桥接STM32和USB总线的作用，负责协议转换和数据传输。时钟电路为单片机提供稳定的时钟信号。电源电路为单片机和外设提供适当的电源供应。

完成硬件设计后，我们需要进行软件编程。首先，我们需要在STM32单片机上配置USB外设，并初始化必要的寄存器。接下来，我们需要编写USB协议栈的驱动程序，实现设备枚举和数据传输。在数据传输方面，我们可以选择使用Bulk传输方式，它适用于大容量数据传输，且具有较高的效率。

在软件编程过程中，我们还需要编写应用层代码，实现与外部设备的通信。例如，我们可以编写一个USB打印机驱动程序，实现打印机的功能。在编写驱动程序时，我们需要根据USB设备类的规范进行开发，以确保驱动程序与外部设备兼容。 在实现阶段，我们需要对硬件电路进行布线和焊接，以及对软件进行调试和优化。在调试过程中，我们可以使用调试器和示波器等工具进行实时监测和调试。

最后，我们可以进行性能测试和稳定性测试，以验证设计的可靠性和性能。在测试过程中，我们可以使用基准测试工具和负载测试工具，以模拟实际应用场景，并检查系统的数据传输速度和稳定性。