<p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> <strong>5、 单片机对存储设备的读写</strong> </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 对 USB 存储设备的读写需要对存储体的格式有一定了解。当前 USB 存储体多数为 FAT16 和 FAT32 格式，还有极少数的使用 FAT12 格式。FAT16 多见于优盘，而 FAT32 多见于移动硬盘。这里简价介绍优盘普遍采用的一种文件格式：FAT16。对于只有一个分区 FAT16 格式的优盘，它的结构依次是主引导区（BOOT SECTOR）、隐藏扇区、逻辑盘引导区（BOOT SECTOR）、FAT 区、根目录区、数据区。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 主引导区由 MBR（Master Boot Record），DPT（Disk Partition Table）和 Boot Record ID 三部组成。MBR 又称作主引导记录区，存放系统主引导程序；DPT 即主分区表，记录了磁盘的基本分区信息；Boot Record ID 为引导区标志。逻辑分区的 Boot SECTOR 由已跳转指令、硬盘分区类型的文本字符名、分区参数块、扩展的分区参数块和启动指令块组成。FAT（File Allocation Table，文件分配表）、记录簇的使用情况。根据目录区中存放目录项，每个目录项为 32 个字节，记录一个文件或目录的信息（长文件名例外）。数据区记录了文件和目录数据区，位于目录项所占的最后一个扇区之后，最真正存放文件数据或是子目录的位置。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 文件的读写实际上是 USB BULK-ONLY Protocol（USB 批量传输协议）和文件系统协议的具体实现，下面以文件系统为 FAT16 的设备为例，讲述如何读取一个位于根目录下名为“read.txt”的文件和在该目录下写入一个名为“write.txt”的文件。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 读取和写入数据之前，需要了解的该存储设备的全部信息。包括扇区大小，FAT 表长度，簇的大小等。该部分信息可以通过读取主引导区和逻辑引导区获得。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 读取文件的时候，大致按如下顺序，读根目录→读 FAT1→读数据区，具体步骤如下。首先找到文件名所在的位置，根目录下的文件和目录均在根目录区，每一个目录或文件项占用 32 个字节，每次读取一个扇区，比较数据，没有则继续读下一个扇区，直到找到该文件。在这 32 个字节中，第 26～27 字节表征了文件开始簇号，28～31 字节表征了文件大小。根据开始簇号，搜索 FAT 区，找到文件簇链，依次读取对应簇，即可完整的得到文件数据。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 写“write.txt”稍有不同，大致可以按这样的顺序号，写 FAT1→写 FAT2→写根目录区→写数据区。具体来说，先读取 FAT 区，搜索可用簇，标记为文件开始簇号，继续搜索，找到下一可用簇，并在上一可用簇标示（00 00）处写入该簇号，依次下去，直至写完簇链，并将最后一个簇标志为文件的结束簇。这里需要注意的是：FAT 区有两份，是同样的内容，写完了 FAT1，将 FAT2 相应位置写入同样的数据。下一步就是写文件名，在根目标区搜索可用的根目录项，将文件名、时间、起始扇区、文件大小等写入该目录项。这时优盘上已经有了一个名为“write.txt”的文件，但是文件的内部还未写入，下一步根据文件开始簇号，将文件的内容写入簇链中对应的簇。至此，整个文件的写入就大功告成。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> <strong>6 、小结</strong> </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 一个 USB HOST 要完成的功能因为需求不同，所使用的协议也不尽相同，有的采用中断传输，有的采用同步传输。USB 主机技术在单片机上的应用主要是针对某一种 USB 设备或几种设备，因而单片机上可以只固化某几种协议。该技术的应用可以使得小型仪器上轻松接入 USB 外设、扩展系统的功能、提高仪器的使用灵活性。USB 主机技术在单片机上的应用会有更广泛更美好的前景。 </p> <b><span></span></b><b><span></span></b><b><span></span></b>

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<p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> <strong>3、 USB 主机端对设备的枚举</strong> </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 从 USB 设备插入接口开始到客户驱动程序能够使用该设备还有一段路径，这一段就被称作为设备的识别过程，又成为枚举过程。枚举过程是任何 USB 设备使用前必经的过程。USB 主机端需要知道这是一个低速设备还是全速设备，需要知道这个设备具有的能力，以便载入相应的设备驱动程序，下面具体介绍一下实现步骤。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 首先，捕捉设备的插入。USB 设备是即插即用设备，系统在设备插入的瞬间要捕捉到这一信息，ISP1161 是通过内部的 Hub 完成这一任务的。Hub 端口的两根信号线（D+和 D-）的每一根都有一个子 15kΩ的下拉电阻，而一个设备在 D+（全速设备）或 D-（低速设备）上有一个 1.5kΩ的上拉电阻。当设备插入到一个端口时，设备的上位电阻信号为高。Hub 以此检测到一个设备已连接上了，并报告给主机控制器，然后，在与处理器的接口上产生中断。主机知道后，通过读取 Hub 相关寄存器来了解诸如设备速度等更多信息。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 而后，Hub 重新设置该设备。当主机知道有一新设备时，主机给 Hub 相关寄存器写命令，让 Hub 来重新设置端口。Hub 使设备的 USB 数据线处在重启状态（D+和 D- 均为逻辑低）至少 10ms，当 Hub 释放了重启状态，设备就处在默认状态了（D+和 D- 均为逻辑低）至少 10ms，当 Hub 释放了重启状态，设备就处在默认状态了（设备的 USB 寄存器已经处在它们的默认状态）。此时，设备已准备发通过 Endpoint 0 的默认流程来响应控制流程。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 最后，主机通过控制传输通道完成设备的枚举。主机端先送一个 Get_Descriptor（获取描述符）请求来知道默认流程最大包的大小，主机发送请求给设备地址 0，端点 0。然后通过发送一个 Set_Address（设定地址）请求来分配一个单独的地址给设备。设备读取这个请求，返回一个确认且保存新的地址。知道设备的能力主机给新地址发送一个 Get_Descriptor 请求来读取这个设备完整的描述符，包括 Endpoint 0 最大包的大小，设备支持的配置号，以及该设备的其它信息，主机将这些信息用于往后的通信中。而后发出（Set_configuration）设定配置请求，以该配置号配置设备。设备就完全正确处于可操作状态。主机此时就可以加载相应的客户驱动程序，对设备进行操作了。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> <br /> </p>

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<p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> <strong>MCU 程序的编写</strong> </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> MCU 的程序的编写与 PC 下的程序的编写存在很大的区别，虽然现在基于 C 的 MCU 开发工具越来越流行，但对于一个高效的程序代码和喜欢使用汇编的设计者来讲，汇编语言仍然是最简洁、最有效的编程语言。对于 MCU 的程序编写，其基本的框架可以说是大体一致的，一般分为初始化部分(这是 MCU 程序设计与 PC 最大的不同)，主程序循环体和中断处理程序三大部分，其分别说明如下： </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 初始化：对于所有的 MCU 程序的设计来讲，出世化是最基本也是最重要的一步，一般包括如下内容： </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 屏蔽所有中断并初始化堆栈指针：初始化部分一般不希望有任何中断发生; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 清除系统的 RAM 区域和显示 Memory：虽然有时可能没有完全的必要，但从可靠性及一致性的角度出发，特别是对于防止意外的错误，还是建议养成良好的编程习惯; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> IO 口的初始化：根据项目的应用的要求，设定相关 IO 口的输入输出方式，对与输入口，需要设定其上拉或下拉电阻;对于输出口，则必须设定其出世的电平输出，以防出现不必要的错误; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 中断的设置：对于所有项目需要用到的中断源，应该给予开启并设定中断的触发条件，而对于不使用的多余的中断，则必须给予关闭; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 其他功能模块的初始化：对于所有需要用到的 MCU 的外围功能模块，必须按项目的应用的要求进行相应的设置，如 UART 的通讯，需要设定 Baud Rate，数据长度，校验方式和 Stop Bit 的长度等，而对于 Programmer Timer，则必须设置其时钟源，分频数及 Reload Data 等; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 参数的出世化：完成了 MCU 的硬件和资源的出世化后，接下来就是对程序中使用到的一些变量和数据的初始化设置，这一部分的初始化需要根据具体的项目及程序的总体安排来设计。对于一些用 EEPROM 来保存项目预制数的应用来讲，建议在初始化时将相关的数据拷贝到 MCU 的 RAM，以提高程序对数据的访问速度，同时降低系统的功耗(原则上，访问外部 EEPROM 都会增加电源的功耗)。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 主程序循环体：大多数 MCU 是属于长时间不间断运行的，因此其主程序体基本上都是以循环的方式来设计，对于存在多种工作模式的应用来讲，则可能存在多个循环体，相互之间通过状态标志来进行转换。对于主程序体，一般情况下主要安排如下的模块： </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 计算程序：计算程序一般比较耗时，因此坚决反对放在任何中断中处理，特别是乘除法运算; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 实时性要求不高或没有实时性要求的处理程序; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 显示传输程序：主要针对存在外部 LED、LCD Driver 的应用; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 中断处理程序：中断程序主要用于处理实时性要求较高的任务和事件，如，外部突发性信号的检测，按键的检测和处理，定时计数，LED 显示扫描等。一般情况下，中断程序应尽可能保证代码的简洁和短小，对于不需要实时去处理的功能，可以在中断中设置触发的标志，然后由主程序来执行具体的事务――这一点非常重要，特别是对于低功耗、低速的 MCU 来讲，必须保证所有中断的及时响应。 </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 对于不同任务体的安排，不同的 MCU 其处理的方法也有所不同。例如，对于低速、低功耗的 MCU(Fosc=32768Hz)应用，考虑到此类项目均为手持式设备和采用普通的 LCD 显示，对按键的反应和显示的反应要求实时性较高，应此一般采用定时中断的方式来处理按键的动作和数据的显示;而对于高速的 MCU，如 Fosc》1MHz 的应用，由于此时 MCU 有足够的时间来执行主程序循环体，因此可以只在相应的中断中设置各种触发标志，并将所有的任务放在主程序体中来执行; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> &nbsp; </p> <p style="color:#333333;font-family:Times New Roman,Times,serif,STSongti-SC-Regular;font-size:16px;font-style:normal;font-weight:400;margin-left:0px;text-align:justify;text-decoration:none;text-indent:0px;"> 在 MCU 的程序设计中，还需要特别注意的一点就是：要防止在中断和主程序体中同时访问或设置同一个变量或数据的情况。有效的预防方法是，将此类数据的处理安排在一个模块中，通过判断触发标志来决定是否执行该数据的相关操作;而在其他的程序体中(主要是中断)，对需要进行该数据的处理的地方只设置触发的标志。――这可以保证数据的执行是可预知和唯一的。 </p>

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