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USB功能描述

已有 1133 次閱讀2019-2-23 10:54

1.1簡介

實現USB2.0全速設備和APB1間的接口

支持掛起/恢復，可以停止設備時鐘實現低功耗。

1.2主要的特征

1、符合USB2.0全速技術規范

2、可配置1到8個USB端點【8個雙向端點，16個單向端點】

3、CRC生成、校驗，NRZI編碼、解碼、位填充【硬件實現，可以通過抓取數據來實現】

4、支持同步傳輸

5、支持批量、同步端點的雙緩沖區機制

6、支持USB掛起、恢復操作【通過檢測3ms內沒有sof信號為掛起】

7、幀鎖定時鐘脈沖生成

1.3功能描述

1、PC機與微控制器之間的數據傳輸共享一專用的數據緩沖區

2、緩沖區的大小由端點的數目與每個端點最大的數據分組決定，每個端點最大可使用512字節，最多可使用16個單向或8個雙向端點。

3、USB模塊同主機通信，根據USB的規范實現了令牌分組，數據發送、接收和握手的處理。

4、硬件實現傳輸的格式，如CRC生成、校驗。

5、每個端點都有一個緩沖區描述塊，描述了緩沖區地址、大小、和需要傳輸的字節數。【端點配置描述符】

6、當數據和端點已配置，USB模塊識別有效的令牌分組時，將發生數據傳輸

7、USB模塊通過一個內部的16位寄存器實現端口與專用緩沖區的數據交換。

8、根據傳輸的方向與需求，發送或接收適當的握手分組

9、數據傳輸結束，通過中斷處理程序可以得到端點需要的服務【讀取寄存器的狀態，分揀出不同的中斷要求】

10、在同步傳輸和高吞吐量的批量傳輸中提供了雙緩沖機制

11、支持低功耗模式【通過寫控制寄存器，使模塊處于SUSPEND模式】

12、支持喚醒USB模式【在低功耗模式下，檢測USB數據線上的數據傳輸/將中斷源接到喚醒引腳上】

13、支持直接啟動或停止時鐘系統

1.4USB功能模塊描述

USB模塊實現了USB接口的所有特性：

1、串行接口控制器（SIE），實現的功能：幀頭同步域識別，位填充，CRC產生和校驗，PID驗證/產生，握手處理。與USB收發器交互，利用分組緩沖接口提供的虛擬緩沖區存儲局部數據。根據USB相關的事件產生相關的端點信號。如sof、USB復位，數據錯誤

2、定時器：產生與幀開始同步的時鐘脈沖，并在3ms內沒有數據傳輸，檢測為掛起狀態。

3、分組緩沖器。根據SIE的要求分配合適的緩沖區，并定位到端點寄存器所指向的存儲區地址。地址自增。記錄傳輸的字節數防止緩存器溢出。

4、端點相關寄存器。對于單向或單緩沖器的端點，一個寄存器可以實現兩個不同的端點。

一共8個寄存器，可以實現16個單向 /單緩沖的端點或者7個雙緩沖的端點或者這些端點的組合。

5、控制寄存器：包含USB的狀態信息，掛起低功耗等

6、中斷寄存器：獲取中斷源和中斷信息。

端點0作為單緩沖模式下的控制端點。

APB1接口部分

1、分組緩沖區大小為512字節

2、仲裁器：通過向APB1提供較高的訪問優先級來解決總線沖突。采用分時復用的策略

實現了虛擬雙端口SRAM.

3、寄存器映射單元：把USB的寄存器映射成被APB1尋址的16位寬度的內存集合。

4、APB1封裝：將整個USB模塊映射到APB1地址空間。

5、中斷映射單元：

USB低優先級中斷（通道20）：所有USB事件觸發。

USB高優先級中斷（通道19）：僅能由同步和雙緩沖批量的正確傳輸事件觸發。

USB喚醒中斷（通道42）：由USB掛起模式的喚醒事件觸發。

1.5 USB模塊與應運程序的交互

1、系統復位或上電流程先配時鐘信號再清除復位信號

2、分組緩沖區的結構與用途接口APB1的一半周期用于微控周期的訪問，一半周期用于USB模塊的訪問。USB模塊使用固定的時鐘48MHZ,APB1總線的時鐘必須大于8MHz.

3、端點初始化

第一步是把適當的值寫到ADDRn_TX或ADDRn_RX寄存器中， USB_EpnR寄存器的EP_TYPE位確定端點的基本類型， EP_KIND位確定端點的特殊特性。作為發送方，需要設置USB_EpnR寄存器的STAT_TX位來使能端點，并配置COUNTn_TX位決定發送長度。作為接收方，需要設置STAT_RX位來使能端點，并且設置BL_SIZE和NUM_BLOCK位，確定接收緩沖區的大小，以檢測緩沖區溢出的異常。

4、IN分組

第一步接收到一IN令牌，訪問相應的ADDRn_TX和COUNTn_TX寄存器，并將這些寄存器中的數值存儲到內部的16位寄存器ADDR和COUNT。第二步，根據DTOG_TX位發送DATA0或DATA1分組，并訪問緩沖區。第三步，從緩沖區讀到的第一個字節將被裝載到輸出移位寄存器中，并開始發送。四，接收到主機響應的ACK，應用程序需要通過USB_ISTR寄存器的EP_ID和DIR位識別產生中斷的USB端點。五、CTR_TX事件的中斷服務程序需要首先清除中斷標志位，然后準備好需要發送的數據緩沖區，更新COUNTn_TX為下次需要傳輸的字節數，最后再設置STAT_TX位為’11’(端點有效)，再次使能數據傳輸。

5、OUT分組和SETUP分組

第一步，找到與該端點相關的ADDRn_RX和COUNTn_RX寄存器，并將ADDRn_RX 寄存器的值保存在內部 ADDR 寄存器中。第二步，初始化內部寄存器。第三步：存儲數據到ADDR指向的分組緩沖區中。第三步，分步揍做校驗。

6、控制傳輸

第一步，建立過程。第二步，可選的數據過程。第三步，狀態過程。

1.6 雙緩沖機制

第一，將USB_EPnR寄存器的EP_TYPE位設為’00’，定義端點為批量端點

第二，將USB_EPnR寄存器的EP_KIND位設為’1’，定義端點為雙緩沖端點

1.7同步傳輸

第一，配置同步端點，

第二，雙緩沖機制配置

第三，初始化DTOG位。

第四，數據傳輸。