關(guān)于USB2.0協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的技術(shù)問(wèn)答
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為了簡(jiǎn)化USB2.0接口產(chǎn)品的設(shè)計(jì),西安達(dá)泰電子先后開(kāi)發(fā)了USB20C和USB20D模塊。
這個(gè)模塊在市場(chǎng)上經(jīng)過(guò)5年的推廣應(yīng)用，已經(jīng)有上萬(wàn)家用戶使用了這個(gè)產(chǎn)品。例如北京天惠公司用于其測(cè)試設(shè)備中，成都57所用于軍工產(chǎn)品中。
另外有相關(guān)應(yīng)用書(shū)籍及論文公開(kāi)出版發(fā)表：
論文題目： 《基于USB20C模塊的單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)的通信》
作者：曾金芳,楊恢先,李正義
作者單位：湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院,湖南湘潭411105
發(fā)表刊物：《電子器件》第28 卷 第4 期 2005 年12 月
書(shū)名： 《USB應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)大全》
作者：薛園園 編著
出版：人民郵電出版社
設(shè)計(jì)USB2.0模塊的出發(fā)點(diǎn)是將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。因?yàn)閷?duì)于大多數(shù)應(yīng)用工程師來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)USB2.0 接口的產(chǎn)品主要障礙在于熟悉復(fù)雜的USB2.0協(xié)議，具體來(lái)說(shuō)要解決兩個(gè)問(wèn)題。首先要自己編寫USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，這要求起碼有相當(dāng)?shù)腣C編程經(jīng)驗(yàn)；其次要編寫USB接口的硬件（固件）程序，對(duì)于熟悉單片機(jī)的編程只是基本要求，更重要的是要真正掌握USB2.0的協(xié)議內(nèi)容。所以使用USB2.0接口開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，對(duì)于開(kāi)發(fā)人員要求軟硬件的高手才行。
由此可見(jiàn)，如果不是對(duì)USB協(xié)議有特別愛(ài)好，那么就沒(méi)有必要把大量寶貴的時(shí)間浪費(fèi)在研究USB的協(xié)議上。西安達(dá)泰電子有限責(zé)任公司長(zhǎng)期從事USB數(shù)據(jù)采集板卡的研究，針對(duì)USB接口產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)問(wèn)題專門研制了USB20C和USB20D模塊。
US20C模塊可以被看作是一個(gè)USB2.0協(xié)議的轉(zhuǎn)換器，通過(guò)這個(gè)模塊將電腦的USB2.0接口轉(zhuǎn)換為一個(gè)透明的并行總線，就象ISA總線一樣。
對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，USB20C模塊就是一個(gè)黑匣子，這個(gè)黑匣子對(duì)USB的協(xié)議進(jìn)行了解釋，用戶不需要了解詳細(xì)的過(guò)程。如果使用過(guò)ISA總線的產(chǎn)品對(duì)此過(guò)程就非常容易了解，而對(duì)于開(kāi)發(fā)過(guò)單片機(jī)產(chǎn)品的用戶來(lái)說(shuō)，就可以把這個(gè)模塊當(dāng)作一個(gè)外部芯片來(lái)看待，例如SRAM或者FIFO等。
原來(lái)我們面對(duì)的是復(fù)雜的USB接口，而現(xiàn)在從USB20C模塊的用戶接口看，我們面對(duì)的僅僅是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并行總線而已。
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常見(jiàn)問(wèn)題解答：
問(wèn)題1： USB20C與USB20D有何區(qū)別？
問(wèn)題2：關(guān)于USB接口的主從概念
問(wèn)題3：如何使用USB20D快速開(kāi)發(fā)產(chǎn)品？
選擇USB20D模塊開(kāi)發(fā)USB2.0接口的從設(shè)備是最為快捷簡(jiǎn)單的途徑，對(duì)于具有一定單片機(jī)或FPGA開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，不到1周時(shí)間就可以調(diào)通USB接口的數(shù)據(jù)傳輸單元。參考隨該產(chǎn)品提供的大量實(shí)例代碼，并與西安達(dá)泰公司技術(shù)支持進(jìn)行溝通開(kāi)發(fā)周期會(huì)大大縮短。
下面以開(kāi)發(fā)USB2.0接口的數(shù)據(jù)采集板為例說(shuō)明過(guò)程：
1 首先根據(jù)采樣率確定主控芯片
如果A/D采樣率小于200KHz，那么采用單片機(jī)就可以了；如果如果A/D采樣率大于200KHz，建議采用CPLD 、FPGA、ARM、DSP等作為主控芯片。
2 設(shè)計(jì)硬件電路
把 USB20D模塊作為系統(tǒng)硬件的一個(gè)單元，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。如果希望進(jìn)行高速連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，那么建議在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)比較大的緩存單元（FIFO、SRAM或雙口RAM等）。
3 編寫程序
程序分硬件程序和上位機(jī)程序兩個(gè)部分。
硬件程序主要協(xié)調(diào)A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器和USB接口的控制。對(duì)于USB20D模塊來(lái)說(shuō)編程就是非常簡(jiǎn)單的事，只要搞清楚DMA的時(shí)序就可以了。
上位機(jī)軟件程序一般用高級(jí)語(yǔ)言編寫，例如VC、VB、Delphi，Labview也可以，無(wú)論采用那種語(yǔ)言，都是調(diào)用USB20D附帶的Windows API函數(shù)（以USB20D.DLL形式提供）。對(duì)于PCI或ISA總線編程熟悉的話，原理都是一樣的。
問(wèn)題4：USB20D模塊的地址I/O模式解釋
USB20D模塊設(shè)計(jì)了兩種工作模式：地址I/O模式、DMA模式。
地址I/O模式主要用于通過(guò)上位機(jī)設(shè)置設(shè)備的參數(shù)，例如采集板的采樣率，記錄長(zhǎng)度等；或者檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，例如判斷采集板A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。這種模式主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸前的準(zhǔn)備，速度要求不高的情況。當(dāng)然如果不進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑挘部梢酝ㄟ^(guò)這個(gè)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
地址I/O模式涉及到16根信號(hào)線，其中8根雙向數(shù)據(jù)線、5根地址線、2根讀寫輸出線、1根等待輸入線。
8根雙向數(shù)據(jù)線：注意在I/O模式下是8 位數(shù)據(jù)線
5根地址線：這里地址線與一般意義上地址線不太一樣，應(yīng)該理解為口地址線。雖然5根線很少，但是有32個(gè)狀態(tài)，所以就可以分配32個(gè)口地址，作為設(shè)備命令狀態(tài)等操作足夠用了，我們知道，PC總線分配給并口的口地址也不過(guò)4個(gè)。單片機(jī)外擴(kuò)器件時(shí)片選信號(hào)也是通過(guò)分配口地址實(shí)現(xiàn)的。
問(wèn)題5：USB20D模塊的DMA模式解釋
DMA模式是USB20D模塊的最大優(yōu)點(diǎn)，USB2.0接口的高速數(shù)據(jù)傳輸就是通過(guò)DMA方式體現(xiàn)的，我們知道USB2.0的接口最大速率為480Mbit/sec，理論字節(jié)速度為48Mbyte/Sec。通過(guò)用目前雙核電腦測(cè)試，USB20D模塊的DMA有效傳輸速度可以達(dá)到35Mbyte/Sec。有效速度是不包括協(xié)議包的數(shù)據(jù)的，所以比理論速度慢一些，實(shí)際上接口速度仍是480Mbit/sec。
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