嵌入式系统应用中的USB主设备功能分析

USB已经成为设备和PC之间通信的标准方式，从通用设备（如闪存设备和鼠标）到专用设备，该标准几乎完全替代了其他的串行通信协议。

USB外围设备彼此之间不能相互通信，它们只能与具有控制总线能力的USB主设备通信。直到最近，也只有PC具有主设备能力。但目前，许多微控制器也具有了嵌入式USB主设备的功能，这使得嵌入式应用可以连接更加广泛的USB外围设备。

USB闪存驱动器是一种使用非常广泛的USB外围设备，它已经成为传递或存储大量数据的廉价介质，许多数据记录设备正是得益于它才得以发展。对于远程的长期数据记录，可以先采集，并存储在闪存驱动器中，然后带回到方便分析处理的地方。

闪存驱动器也可以用于向PC中传输高速时间相关数据。PC是极好的数据分析工具，但实时能力有限。相反，嵌入式应用特别适合实时数据采集，但数据分析能力通常很弱。嵌入式实时数据记录仪可以在闪存驱动器上存储数据，然后把数据传输到PC上分析，这样二者的优势都得到了充分的发挥。

嵌入式USB主设备的应用

开始嵌入式设计的首要任务之一是选择微控制器。为了使用闪存驱动器，微控制器就必须具有嵌入式USB主设备的能力。如果微控制器具有USB OTG（On-The-Go）或USB双角色（Dual Role）功能，如Microchip公司的PIC24FJ256GB1微控制器，如图1所示，它也可以支持嵌入式USB主设备功能。USB外围设备，有时也称为USB设备模式，只能用作闪存驱动器等，而不能和其他USB外围设备通信。

其次，设计者应该确信能有完整的开发工具。至少也需要一个器件编程器（如果有一个调试器是最好的）和一个C语言编译器，因为嵌入式USB主设备和运行在微控制器中的程序往往是用C语言而不是用汇编语言编写的。

最后，设计者也应该了解哪些软件库是可以获得的，因为嵌入式设备发现闪存驱动器时的握手操作需要USB设备类、FAT32文件系统和其他库的支持。从头开始设计支持嵌入式USB主设备的工作会需要数月的时间，而一个由经过认证的协议栈组成的方案可以节省相当多的时间。

为了使用闪存驱动器，嵌入式设备也需要一种USB海量存储类（Mass Storage Class）设备的终端驱动程序、硬件命令行接口，以及文件系统接口。通常，具有2Gb或更低存储空间的闪存驱动器使用FAT16文件系统，而更大容量的闪存驱动器将使用FAT32文件系统。

设计要求

一旦选定了微控制器，硬件设计就开始了。USB硬件设计需要遵循以下许多规则。

● 如果嵌入式主设备需要支持USB设备类，它对外围的供电就必须能够提供500mA的电流。

● 如果嵌入式主设备需要支持任何消耗电流超过100mA的设备，它也必须能够提供500mA的电流。

● 如果嵌入式主设备需支持消耗电流100mA或更低的设备，那么VBUS电压限制就可以降低到4.4V。然而，如果嵌入式主设备需支持消耗电流超过100mA的设备，那么VBUS电压限制是 4.75V，就和全功能主设备一样。