前言

隨著計算機技術的更新換代，USB接口已經成為個人計算機上最重要的外部設備擴展接口，在進行USB外設開發的過程中需要編寫其固件程序。在此對USB接口固件程序進行了開發，在Keil C51軟件環境中，采用C語言開發。介紹了固件程序的主要功能，給出了固件程序的流程、結構和端點配置，并給出了重點地方的具體程序。該固件編寫采用分層結構簡潔且易于修改和測試，既增加了代碼的可讀性，又增加了程序的通用性和移植性。

在設計開發一個USB外設的時候，開發者主要需要編寫3部分的程序：固件程序、USB驅動程序和客戶端應用程序。當把設備連接到主機上(USB連接線插入插孔)時，上位機可以發現新設備，然后建立連接。因此，編寫固件程序的一個最主要的目的就是讓Windows可以檢測和識別設備。固件程序可以在Keil C51軟件環境中，用C語言開發。Keil C51是美國KeilSOFtware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，KeilC51軟件提供了大量的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，使用的是全Windows界面，具有方便實用的特點。另外，Keil C51生成的目標代碼效率非常高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。因此，本文考慮采用此方法開發PDIUSBD12芯片的USB固件程序。

1 固件程序主要完成的工作

固件設計的目標就是完成主機與設備之間的命令與數據傳輸與轉換，使PDIUSBD12在USB上達到最大的傳輸速率。它的操作方式與硬件聯系緊密，包括USB設備的連接、USB協議、中斷處理等。在系統中，當PDIUSBD12從USB接收到一個數據包，就對CPU產生一個中斷請求，CPU立即響應中斷。在ISR(中斷服務程序)中，固件讀取數據，并將數據值保存到循環數據緩沖區，隨后置相應事件的標志位，CPU繼續前臺程序，檢測事件標志，執行完成相應的事件任務。

USB單片機固件程序通常由3部分組成：初始化單片機和所有的外圍電路(包括PDIUSBD12)；主循環部分：這部分是可中斷的；中斷服務程序，可以中斷執行。根據USB協議，任何傳輸都是由主機開始的，這樣單片機作它的前臺工作，等待中斷。主機首先要發令牌包給USB設備(這里是PDIUSBD12)，PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機發中斷，單片機進入中斷服務程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執行相應的操作，因此，USB單片機程序主要就是中斷服務程序的編寫，在USB單片機程序中要完成對各種令牌包的響應。

單片機與PDIUSBD12的通信主要是靠單片機給PDIUSBD12發命令和數據來實現的。PDIUSBD12的命令字分為3種：初始化命令字、數據流命令字和通用命令字。PDIUSBD12給出了各種命令的代碼和地址，單片機先給PDIUSBD12的命令地址發命令，根據不同命令的要求再發送或讀出不同的數據。因此，可以將每種命令做成函數，用函數實現各個命令，以后直接調用函數即可。

2 固件程序的流程及結構

USB設備啟動流程如下：

(1)USB設備接入USB口，發出連接USB命令；

(2)主機發出讀設備描述符2次；

(3)主機根據設備描述符(廠商ID、產品ID)，啟動相應設備驅動程序；

(4)設備驅動程序初始化USB設備：

①讀設備描述符；

②讀配置描述符；

③選擇接口、端點(管道)，確定傳輸方式。

在編寫USB的單片機固件程序時，單片機的中斷應設置為電平觸發，中斷后一定要讀上次傳輸狀態寄存器(命令40H～45H)，以清除中斷寄存器中的中斷標志，這樣PDIUSBD12的中斷輸出變回為高電平。

PDIUSBD12固件編寫采用分層結構簡潔且易于修改和測試，既增加了代碼的可讀性，又增加了程序的通用性。PDIUSBD12固件的開發一般都是在周立功單片機公司提供的固件源碼的基礎上做相應的修改。由于該固件采用分層分模塊的結構，在做移植的時候只要修改部分代碼就可以運行于特定的平臺，比較方便。

固件程序采取如圖1的積木式結構。

2．1 硬件提取層

epphal．c文件是固件中的最底層代碼，由于在具體應用時所提供的硬件平臺都是不同的，因此該文件必須進行修改以適應當前應用。該文件里主要包含了讀寫PDIUSBD12寄存器的函數，PDIUSBD12芯片各控制線與單片機I／O口的連接等。

讀寫PDIUSBD12主要有2種方式：多路復用地址／數據總線方式和A0地址位方式。不同的方式其電路連接完全不同，因此其讀寫函數也完全不同。本處采用多路復用地址／數據總線方式，即用地址／數據總線的最低位標識總線上是數據還是命令，1代表命令，0則代表數據。

2．2 D12命令接口

d12ci．c文件中定義了一套訪問D12功能的命令接口。

D12的命令包括：4個初始化命令、24個數據流命令和2個普通命令。該文件包含了單片機對上述命令的實現函數，基本無須修改。

2．3 中斷服務程序

isr．c部分的代碼主要處理PDIUSBD12產生的中斷請求。

硬件設計中，將PDIUSBD12中斷一般連到單片機的外部中斷0或者1中。由于只有一個中斷源，如果要知道是什么中斷，就需要讀取PDIU SBD12中的中斷寄存器的值進行判斷。該文件包含了需要處理的各個中斷的處理函數。其中許多處理函數僅僅是將相應標志位置1，用來在主函數中處理各類事務。在各個輸入／輸出端點引發的中斷處理函數中，分別進行了讀取緩沖區數據和發送數據到緩沖區等動作。其中，控制輸入端點的中斷處理函數還將相應控制位置1，以用來在主函數中觸發標準設備請求和廠商請求。

2．4 主循環

主函數文件mainloop．c是一個大循環。在該文件中要執行各個初始化函數，發送USB請求和處理USB總線事件等。設備的各項功能需要在該文件中添加。

首先，初始化I／O口；然后初始化定時器2，設置中斷，設置DMA(設備未用到DMA方式，置為00)等，通過連接指令指示D12完成軟連接(SOFtConnect)后，電腦就會檢測到新設備。

在進入主循環后，需要用51的定時器2每隔1 ms檢測一次電鍵的電平高低，并且將此信號通過USB接口發送出去，同時將P1．2口取反，以產生500Hz的方波信號作為電鍵音。

2．5 協議層

chap_9．c：標準設備請求文件。該文件包含了所有設備相關的描述符，以及各個USB設備標準請求的實現函數。一個USB設備的各個特性都包含在了其所有的描述符內，而各個設備都有各自的特點，因此每個設備的描述符都要進行相應修改。其中，設備描述符里的idVendor與idProduct是聯系PC端驅動的標志，必須與驅動一致。而各類標準設備請求是每個標準USB設備都要能夠響應的，因此也就無須修改了。

protodma．c：該文件用來描述廠商請求。如果USB設備需要響應廠商請求，那么就要編寫該廠商請求的實現函數。由于終端操作平臺無須定義特殊的廠商請求，因此該文件不用修改。

3 端點配置

在D12芯片內存在三套輸入／輸出端點，根據配置不同可完成不同的工作，終端操作平臺中的固件中是按照表1配置的。

根據端點的配置和各端點的特點，設置端點1為控制命令的傳輸端點，接收來自電腦的狀態控制指令，共兩個字節，如表2所示。

設置端點2為電鍵信號傳輸端口，手電鍵的按下或抬起通過00和01來標識，傳輸間隔為1 ms。

4 固件程序

多路復用地址／數據總線方式的實現，通過地址線的最低位來分辨命令和數據：

主循環程序首先做初始化I／O口，設置中斷等準備工作，然后進入主循環，在主循環內查詢事件標志，并做出相應處理。

5 結語

本文實現了USB固件程序的開發。該固件編寫采用分層結構簡潔且易于修改和測試，既增加了代碼的可讀性，又增加了程序的通用性和移植性。