USB總線到PIC微控制器的接口

　基于PIC微控制器和Vinculum USB接口芯片的硬件設(shè)計(jì)及其編程，使USB閃存驅(qū)動(dòng)可做為各種嵌入式應(yīng)用中的可移動(dòng)存儲(chǔ)?，F(xiàn)在有帶低成本閃存驅(qū)動(dòng)和各種USB外設(shè)的USB接口，但是多數(shù)是集中在PC市場(chǎng)。把這些外設(shè)用在8位和16位嵌入式市場(chǎng)，其成本和功耗成為主要的考慮因素。

　　做為嵌入式系統(tǒng)中的嵌入式控制器，如PIC系列控制器，雖然具有豐富的存儲(chǔ)器和外設(shè)，但缺少USB主控制器所具有的接口、資源和性能。在本實(shí)例應(yīng)用中，Vinculum的控制器VNCIL提供PIC(做為系統(tǒng)控制器)和USB2.0全速口之間的接口。這可以最少的時(shí)間和開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)USB閃存驅(qū)動(dòng)連接

　　VNCIL

　　Vinculum的VNCIL控制器是基于定制處理器芯核，它有雙直接存儲(chǔ)器存取(DMA)引擎來(lái)加速數(shù)據(jù)傳輸以及使文件系統(tǒng)計(jì)算最佳化的32位協(xié)處理器。在單芯片上帶有64Kbytes嵌入式閃存程序存儲(chǔ)器和4Kbytes內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。此芯片的目標(biāo)是嵌入式USB控制器市場(chǎng)和需要最少外部支持元件的用戶。

　　此芯核的一個(gè)關(guān)鍵特性是碼長(zhǎng)與一般MCU芯核相比有顯著的縮短。芯核碼開(kāi)銷(xiāo)的降低可使更多功能壓縮進(jìn)片上閃存中。此特性是對(duì)PIC基嵌入式系統(tǒng)的補(bǔ)充。可以用此芯片連接一個(gè)小的PIC MCU到USB(A)連接器，從而到USB閃存驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)圖1)。

　　PIC是系統(tǒng)控制器，通過(guò)它的通用I/O引腳(PC0，PC1，PC2)從傳感器或其他源獲得數(shù)據(jù)，并變換數(shù)據(jù)格式和寫(xiě)數(shù)據(jù)到閃存驅(qū)動(dòng)的文件中。通過(guò)TXD把命令和數(shù)據(jù)送到VNCIL的RXD。VNCIL通過(guò)USB2DM和USB2DS(28引腳和29引腳)處理在USB閃存驅(qū)動(dòng)中的FAT12/16/32文件生成和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與驅(qū)動(dòng)之間的通信。通過(guò)相同引腳系統(tǒng)固件從閃存驅(qū)動(dòng)讀數(shù)據(jù)和從VNCIL的TXD(引腳31)送數(shù)據(jù)到PIC的RXD(引腳5)。

　　PIC固件控制系統(tǒng)靠PIC發(fā)出的指令控制傳輸和Vinculum的標(biāo)準(zhǔn)固件。雖然這是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，但完成設(shè)計(jì)要有更多的要求。器件需要電源、控制時(shí)鐘的晶振，而且器件需要編程。

　　晶振

　　用20MHz晶振可使PIC的VART接口波特率高達(dá)115200bit/s，這比用內(nèi)部8MHz振蕩器達(dá)到的最高9600bit/s，改善了系統(tǒng)性能。用PIC固件的I/O引腳RC2和RC3仿真與VNCIL的VART接口的RTS/CTS交換信號(hào)。

　　需要1個(gè)5V穩(wěn)壓電源裝置，提供250mA電流，其中200mA提供給USB‘A’連接器，25mA供電VNCIL和25mA供電PIC 16F688?。VNCIL需要3.3V電源(由3.3V LDO穩(wěn)壓器提供)，而且具有5V容限的I/O引腳，使其與PIC連接不用電平轉(zhuǎn)換器。

　　對(duì)于低功率應(yīng)用，在不需要時(shí)可以置VNCIL進(jìn)入2mA休眠模式。選通UART的RI引腳可喚醒器件。假若連接到RXD線，則可以用輸入的空命令觸發(fā)來(lái)喚醒器件。

　　此設(shè)計(jì)也包括雙色狀態(tài)LED指示器(由16和18引腳供電)。它指示USB閃存驅(qū)動(dòng)的成功枚舉和文件系統(tǒng)的存取。

VNCIL固件

　　用標(biāo)準(zhǔn)固件VDAP(Vinculum Disk and Peripheral)編程VNCIL，VDAP解釋來(lái)自PIC的命令。這些命令是DOS類(lèi)指令，如DIR、RD和WR。命令集也支持更適合于處理器控制的單字節(jié)十六進(jìn)制命令。包含在PIC固件中的VDAP命令，控制到USB閃存驅(qū)動(dòng)的存取。一個(gè)典型的序列是：生成文件，讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)到文件，然后關(guān)閉文件。

　　VNCIL和PIC編程

　　此設(shè)計(jì)包含兩個(gè)編程插頭，假定每個(gè)器件是所希望的開(kāi)發(fā)環(huán)境。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這兩個(gè)器件在插入PCB前可以預(yù)先編程，然后去掉插頭和跳線。

　　在正常工作期間應(yīng)接通跳線，而其他跳線斷開(kāi)。為了編程VNCIL，J1和J2跳線應(yīng)斷開(kāi)以隔離來(lái)自PIC輸出的VNCIL UART輸入。斷開(kāi)5V電源，連接TTL-232R-3V3纜線到H2。此纜線的USB端連接PC。J4使VNCIA的PROG#引腳為低態(tài)，而J3暫時(shí)短路使器件復(fù)位，置器件進(jìn)入編程模式。編程之后，跳線設(shè)置必須恢復(fù)到工作位置。

　　PIC的編程插頭連接到器件的RA0、RA1和MCLR#，通過(guò)此插頭為器件提供5V編程電壓。在編程PIC微控制器前斷開(kāi)5V電源裝置。插頭應(yīng)連接到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，如PICKit2，允許用調(diào)試和下載工具。

　　結(jié)語(yǔ)

　　Vinculum的VNCIL提供低成本微控制器和USB2.0低速/全速外設(shè)之間的易用、易編程接口。DOS類(lèi)命令集使得在微控制器環(huán)境下容易寫(xiě)和高度數(shù)據(jù)傳輸程序。這使得價(jià)廉、普遍存在的USB內(nèi)存驅(qū)動(dòng)可做為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體并能在現(xiàn)場(chǎng)提供軟件升級(jí)。VNCIL器件也可以用于連接大容量存儲(chǔ)器件的很多其他USB外設(shè)。

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　　圖1 USB內(nèi)存驅(qū)動(dòng)到PIC微控制器的接口

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　　圖2 Vinculum架構(gòu)

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