基于嵌入式系统U盘开发的设计

湖南文理学院芙蓉学院课程设计报告课程名称：嵌入式系统课程设计专业班级：通信工程1301班学生姓名：王海波指导教师：邵湘怡完成时间：2016年6月22日报告成绩：湖南文理学院制评阅意见：评阅教师日期目录基于嵌入式系统u盘开发的设计.........................................................................................1一、设计题目.........................................................................................................................1二、设计内容及要求.............................................................................................................12.1设计内容..................................................................................................................12.2设计要求..................................................................................................................1三、设计作用与目的.............................................................................................................2四、系统设计方案.................................................................................................................24.1系统总体设计...........................................................................................................24.2简要阐述系统工作原理...........................................................................................3五、系统硬件设计.................................................................................................................35.1硬件电路...................................................................................................................35.2基本程序结构..........................................................................................................45.2.1.USB设备端的固件分以下几个层次：.....................................................45.2.2.在调试的时候，从现象上来看，分成以下几个阶段性的步骤................55.2.3.检查USB器件工作与否.............................................................................55.2.4.提供描述符....................................................................................................65.3硬件设计...................................................................................................................6六、系统软件设计.................................................................................................................76.1USB协议...................................................................................................................76.2BULK_ONLY和UFI协议......................................................................................86.3FAT32......................................................................................................................116.4软件系统模块.........................................................................................................11七、仿真调试分析...............................................................................................................14八、嵌入式系统学习心得...................................................................................................14九、参考文献.......................................................................................................................141基于嵌入式系统u盘开发的设计一、设计题目基于嵌入式系统u盘开发的设计二、设计内容及要求2.1设计内容随着USB技术和闪存技术的飞速发展，移动存储设备的速度和容量日新月异，但在工业控制的上位机和下位机之间，数据传输依然采用传统的串并口技术，特别对一些前端的便携式采集系统，需要采集后临时存储，再拿回来传给作为上位机的PC机进行数据处理，给人们带来很多不变，为此，本文提出了一种方法--利用U盘的便捷特性开发一种基于嵌入式的USB读写器，方便地将采集数据以文件方式写入U盘，PC机不需要任何特殊驱动便可以完成对数据的处理回放。利用本方法可以彻底解决下位机与PC机之间的数据传输难的问题。2.2设计要求据U盘结构特点，设计了一种基于嵌入式系统U盘的系统结构，可以将U盘集成到无线数据卡上，或者手机上，以实现数据存储的功能。在进行USB开发过程中，比较难的是对设备端的程序（称为固件，Firmware）进行调试。由于USB协议有严格的时间要求，这就使得程序必须在有效时间内对某些请求或状态进行处理，否则，USB将无法正常工作。因此，在调试过程中，较多借助LED1，LED2显示输出的一些信息来辅助调试，定位问题所在。比如，在某个函数中加入LED1，LED2显示语句，程序运行时看有否相应的LED1，LED2显示输出，借此来判断此函数是否得到了执行。调试工作基本分二步进行：首先对外部设备（单片机部分）借助PC调试软件(从网上下载BusHound)将设备端的USB协议(主要有描述符请求、端口配置、地址设置以及2基本数据交换）调通。然后，用调试好的USB设备接口来嵌入文件系统功能。三、设计作用与目的根据U盘结构特点，设计了一种基于嵌入式系统U盘的系统结构，可以将U盘集成到无线数据卡上，或者手机上，以实现数据存储的功能四、系统设计方案4.1系统总体设计图1USB读写器结构图34.2简要阐述系统工作原理SB读写器结构框图如图1所示，主要由MSP430F149和SL811HS构成，MSP430支持串口输入和14位的并口输入，P2.7用作中断唤醒位，P2.6用作标准位区分数据和命令，通过P4口向SL811发送控制信号，P6用作普通的双向总线接口与SL811进行数据交换，P1.1支持中断唤醒接收SL811的中断请求。五、系统硬件设计5.1硬件电路下图分别为PDIUSBD12的引脚定义，其中，下列几个方面在制作电路板时应该注意。图2PDIUSBD12引脚图a）GND接地，VDD接正（3.3V或5V），如果芯片工作在3.3V，则Vout3.3与VDD都接3.3V；如果芯片工作在5V，则这时Vout3.3会输出3.3V的电压，用于提供给D＋作参考电压，因为此参考电压必须为3.3V。对于U盘来说，由于USB接供的是5V电压，因此应该按后一种接法接。即GND接USB接口中的GND，VDD接USB接口中的VDD，D＋D－分别接USB接口中的对应位。b）XTAL1和XTAL2按传统接法。4c）PDIUSBD12与MCUAT-89C55WD的连接方法见下表表1PDIUSBD12与MCUAT-89C55WD的连接方法PDIUSBD12引脚MCUAT-89C55WD引脚DATA0~DATA7P0.0~P0.7(AD0~AD7)ALEALE/PROGCS_NP1.6RESET_NP1.7INT_NP3.2（INT0）SUSPENDP3.3WR_NP3.6(WR)RD_NP3.7(RD)A0接GNDd）DMARQDMACK_NEOT_NGL_NCLKOUT引脚悬空，可作为扩充功能使用。e）MCUAT-89C55WDP1.2和P1.3接2个低电平有效显示灯LED1和LED2。5.2基本程序结构5.2.1.USB设备端的固件分以下几个层次：表2固件层次固件模块功能Main.c进行各种初始化操作、寄存器设置、中断设置intr.c中断服务程序，负责将不同类型的中断转向不同的地方5usb_op.cD12硬件抽象层,所有的上层模块都必须通过此模块与USB芯片打交道usb_prtcl.c设备枚举需要的设备描述符，配置描述符，接口描述符，端口描述符都由此模块来执行提供endpoint2_bulk_only.C所有massStorage协议CBW,CSW,DATA的处理及FLASH的读写都由此模块来处理5.2.2.在调试的时候，从现象上来看，分成以下几个阶段性的步骤1、USB芯片正常工作，可以实现软连接，此时PC机上会出现“未知设备类型”的USB设备；2、向主机提供普通USB设备提供描述符，提供正确的VID和PID后，PC能够识别设备，但要求提供设备的驱动程序；3、安装驱动程序后，使用周立功单片机公司提供的UsbDebug.exe简单调试端点1和2，确保其均可传输数据，验证硬件及固件的正确性；4、按MassStorage不得Bulk－Only模式提供描述符，PC机上设备类型变成MassStorageDevice；5、响应了Bulk－On