基于虚拟存储器的USB下载线设计

0 引言
随着单片机技术的不断发展，支持ISP(In-SystemProgramming)或IAP(In-Application Programming)的单片机芯片日益增加，这类单片机芯片的应用程序写入采用了在线下载的方式。单片机与计算机的连接端口也从串口或并口逐步过渡到USB(Universal SerialBus)口。由于USB口具有高速、使用灵活方便等特点，单片机程序下载连接口也更加广泛地应用USB口。但是，USB口与单片机连接的下载线在设计和应用上还是与串、并口连接一样，不同的单片机采用不同的下载线，也对应有不同的下载软件和硬件驱动程序。这些软件和程序随着功能的完善和操作改进等原因具有不同的版本。这就造成下载线的使用者需要不断更新软件，也让使用者在更换单片机时不仅更换下载线，还要熟悉新的下载软件及使用方法。为此，如果能设计一种不需要下载软件的下载线或统一操作的下载软件，则能大大提高单片机程序下载线的通用性及操作效率。设计一种通用而不需下载软件的USB接口的单片机的下载线就显得尤其必要。

1．硬件设计
1．1 设计分析
单片机USB接口下载线对于计算机而言，就是一个USB外部设备。为了实现在计算机中不需要安装额外的下载线驱动程序和操作软件，尽可能使用操作系统已有的USB设备的驱动程序、操作系统命令或软件作为下载线的驱动程序及操作软件。在对计算机操作系统进行分析和比较下，目前计算机操作系统中都带有U盘的驱动程序，资源管理器就是一个现有的磁盘操作软件。若将下载线虚拟为一个U盘，即从计算机角度将下载线和目标单片机视为一个虚拟磁盘，计算机对目标单片机的程序下载变为计算机对磁盘的写操作。
当下载线系统接收到计算机写入该磁盘的文件时，通过下载线系统程序对数据进行处理后把数据写入目标单片机，实现单片机程序下载。下载线系统完成对计算机的磁盘响应和程序的控制和传输，这样既能保证在所有计算机上都可以通用，又实现了在计算机中不需要专用的下载程序，只需要如磁盘操作一样进行复制、粘贴或其他文件复制操作即可将程序写入单片机。
下载线硬件系统如图1所示。

1．2 硬件设计
在分析各种USB接口芯片后，选用Philips公司的PDIUSBDl2作为系统的USB接口芯片，实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口。该芯片采用了USB 1．1标准，现有的计算机采用USB 1．1及USB 2．O接口标准，采用PDIUSBDl2作为下载线与计算机的接口芯片能够满足设计需要。
为了实现可靠的程序下载，对目标单片机的接口电路选用原Altra的并口驱动芯片74HC244作为下载线与目标单片机的接口驱动芯片。该芯片是三态的总线驱动芯片，在写入和读出目标单片机数据时有足够的驱动能力和较小的延时，能够实现正常的程序下载，在程序下载完成后，该芯片工作于高阻态，使下载线不影响目标单片机的正常工作。系统电路原理如图2所示。