在ZLG打造的AWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，如何創(chuàng)建一個(gè)自定義的USB設(shè)備

由于USB的靈活性，已被廣泛應(yīng)用于PC機(jī)的人機(jī)接口、存儲及嵌入式系統(tǒng)中。本文為大家介紹在ZLG打造的AWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，如何創(chuàng)建一個(gè)自定義的USB設(shè)備。

USB，是英文Universal Serial Bus(通用串行總線的縮寫)，是一種快速、靈活的總線接口。USB對所有的USB外設(shè)提供了單一的易于使用的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型，簡化了USB外設(shè)的設(shè)計(jì)。USB接口支持熱插拔，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地檢測外設(shè)的插拔，并且動(dòng)態(tài)地加載驅(qū)動(dòng)程序。另外，USB還具有很靈活的擴(kuò)展性，一個(gè)USB端口接上一個(gè)USB HUB(集線器)就可以擴(kuò)展多個(gè)USB端口。USB廣泛的應(yīng)用于PC機(jī)中的人機(jī)接口、音頻、存儲等功能，隨著嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域上廣泛應(yīng)用，USB也在嵌入式系統(tǒng)中被廣泛的使用。

USB簡介

USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出。ISB1.1是較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率是12Mbps，低速模式的傳輸速率為1.5Mbps(b是bit的意思，12Mbps=1.5MB/s)，USB2.0規(guī)范是由USB1.1規(guī)范演變而來，它的傳輸速率達(dá)到了480Mbps，足以滿足大多數(shù)外設(shè)的速率要求。USB2.0中的EHCI(增強(qiáng)主機(jī)控制器接口)定義了一個(gè)與USB1.1相兼容的結(jié)構(gòu)。它可以用USB2.0的驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)USB1.1的設(shè)備，也就是說所有支持USB1.1的設(shè)備都可以直接在USB2.0的接口上使用而不必?fù)?dān)心兼容性問題。

USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為下游設(shè)備提供電源，對于任何已經(jīng)成功連接且相互識別的外設(shè)，將以對方設(shè)備均能夠支持的最高速率傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會(huì)根據(jù)外設(shè)情況在所兼容的傳輸模式中自動(dòng)地由高速向低速動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換且匹配鎖定在合適的速率。USB系統(tǒng)采用級聯(lián)星型拓?fù)?，該拓?fù)溆扇齻€(gè)基本部分組成：主機(jī)，集線器和功能設(shè)備。

主機(jī)包含有主控制器和根集線器，控制著USB總線上的數(shù)據(jù)和控制信息的流動(dòng)，每個(gè)USB系統(tǒng)只能有一個(gè)根集線器，它連接在主控制器上。

集線器是USB結(jié)構(gòu)中的特定成分，它可以對原有的USB端口在數(shù)量上進(jìn)行擴(kuò)展以獲得更多的USB端口(集線器只能擴(kuò)展出更多的USB端口，而不能擴(kuò)展出更多的帶寬)，設(shè)備通過端口連接到USB總線上，同時(shí)檢測連接在總線上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測和恢復(fù)。集線可為總線提供能源，亦可為自身提供能源。

功能設(shè)備通過端口與總線連接。

本文章以M1052平臺為例，主要講解在AWorks平臺中如何創(chuàng)建一個(gè)自定義的USB設(shè)備。

1AWorks工程配置

在AWorks工程中，用戶可以通過aw_prj_params.h配置文件進(jìn)行設(shè)備添加與刪除，aw_prj_params.h在工程目錄user_config中。

在aw_prj_params.h文件中，有效定義設(shè)備的使能宏，才表示一個(gè)有效的硬件設(shè)備，在本文章中我們需要使能USB Device，所以在aw_prj_params.h中添加AW_DEV_IMX1050_USBD設(shè)備宏。

在aw_prj_params.h中添加AW_DEV_IMX1050_USBD設(shè)備宏之后，在aw_prj_param_auto_cfg.h文件中會(huì)自動(dòng)添加AW_COM_USBD的定義，AW_COM_USBD代表的是USB Device協(xié)議棧組件。此處要注意AW_DEV_IMX1050_USBD與AW_DEV_IMX1050_USBH1有沖突(一個(gè)USB控制器不能同時(shí)出現(xiàn)主機(jī)設(shè)備模式)，兩個(gè)只能使能一個(gè)。AW_DRV_IMX1050_USBD表示加載USB Device的驅(qū)動(dòng)：

2AWorks中USB Device的硬件配置

在AWorks中所有設(shè)備集中由AWbus_lite進(jìn)行管理，在使用一個(gè)硬件設(shè)備前，必須將其添加到系統(tǒng)硬件設(shè)備列表（在awbus_lite_hwconf_usrcfg.c中定義），各個(gè)硬件設(shè)備的類型為struct awbl_devhcf。USB設(shè)備相關(guān)硬件配置可以查閱工程目錄下的：

\user_config\awbl_hwconf_usrcfg\awbl_hwconf_imx1050_usbd.h文件，USB設(shè)備模式的設(shè)備信息詳見程序清單2.1。

程序清單2.1 USB設(shè)備模式的設(shè)備信息類型定義

其中"/dev/usbd" 是USB Device外設(shè)的設(shè)備名字，在實(shí)際的應(yīng)用中需要通過該名字來使用USB Device

AWBL_USBD_CFG_SELF_POWERED 表示本設(shè)備為自行供電設(shè)備。__imx1050_usbd_plfm_init函數(shù)是用來初始化與USB Device平臺相關(guān)的信息，在這里是初始化USB Device時(shí)鐘，詳見程序清單2.2。

程序清單2.2 USB設(shè)備模式的平臺初始化函數(shù)

3與USB Device操作函數(shù)相關(guān)重要結(jié)構(gòu)體介紹

USB設(shè)備類回調(diào)函數(shù)列表，這個(gè)結(jié)構(gòu)體用于提供USB枚舉以及USB通信過程中的事件回調(diào)接口，方便用戶接入應(yīng)用代碼：

USB設(shè)備信息結(jié)構(gòu)體，此結(jié)構(gòu)體用于配置USB設(shè)備的基礎(chǔ)信息（具體信息詳見結(jié)構(gòu)體定義），當(dāng)設(shè)備連接到PC端后，可以在PC端查看到這些信息：

USB設(shè)備接口信息結(jié)構(gòu)體，這個(gè)結(jié)構(gòu)體是用來描述當(dāng)前USB設(shè)備接口的信息：

4USB Device操作接口

AWorks提供了一系列的USB Device操作相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)接口，包括初始化一個(gè)USB設(shè)備、USB功能初始化、啟動(dòng)USB設(shè)備和USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，用戶在使用AWorks開發(fā)USB Device的應(yīng)用程序時(shí)，使用上述標(biāo)準(zhǔn)接口就能方便快捷的開發(fā)出源代碼。詳見表4.1

表4.1 USB設(shè)備模式操作接口函數(shù)

struct aw_usbd 為USB Device對象

struct aw_usbd_fun 為功能接口對象

struct aw_usbd_pipe 為端點(diǎn)管道對象

5應(yīng)用案例代碼詳解

這里基于M1052平臺，展示如何創(chuàng)建一個(gè)自定義的USB設(shè)備。本例子會(huì)初始化一個(gè)USB設(shè)備，為USB設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)OUT管道和一個(gè)IN管道用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)(IN和OUT的概念是相對于USB主機(jī)而言)，并在這個(gè)USB設(shè)備添加接口功能。通過USB設(shè)備與PC機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)與PC的通訊，當(dāng)PC機(jī)上位機(jī)軟件發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，USB設(shè)備通過OUT管道接收數(shù)據(jù)，并通過IN管道把收到的數(shù)據(jù)發(fā)送回PC端上位機(jī)。這里只對部分關(guān)鍵的代碼進(jìn)行講解，完整的代碼請自行下載查看，本例程所在目錄位于：

\examples\peripheral\common\usb\ demo_usbd_vendor.c

定義數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)的大小和等待超時(shí)時(shí)間：

定義USB Device的信息，當(dāng)USB Device與PC端連接時(shí)，PC端會(huì)對其進(jìn)行枚舉從而獲取USB Device的設(shè)備信息，這些信息都可以在PC端進(jìn)行查看：

USB Device接口信息結(jié)構(gòu)體：

USB Device例程入口函數(shù)，這里主要是初始化USB Device對象，并為這個(gè)USB Device對象添加自定義功能，最后通過調(diào)用aw_usbd_start函數(shù)啟動(dòng)配置好的USB Device。

創(chuàng)建USB Device自定義功能，在本例程中，調(diào)用aw_usbd_pipe_create函數(shù)為USB Devie的自定義功能創(chuàng)建兩個(gè)管道，一個(gè)OUT管道和一個(gè)IN管道用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，然后把這個(gè)功能添加進(jìn)上文中初始化好的USB Device對象，最后創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)用于接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)發(fā)送回去。

USB Device接收發(fā)送任務(wù)，當(dāng)USB Device連接到PC端后，PC端檢測到USB Device的設(shè)備信息和設(shè)置功能接口后，就會(huì)調(diào)用USB Device接口信息的回調(diào)函數(shù)__custom_alt_set，__custom_alt_set會(huì)發(fā)送信號量，通知USB Device接收發(fā)送任務(wù)USB Device已連接到PC端，然后進(jìn)入等待數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，當(dāng)收到數(shù)據(jù)后會(huì)取消阻塞狀態(tài)，然后把收到的數(shù)據(jù)通過IN管道再發(fā)送出去：

6應(yīng)用案例演示

把完整的例程拷貝到工程的user_code目錄，并把USB Device入口函數(shù)demo_usbd_vendor_entry添加到main.c文件中：

編譯程序并把程序燒寫進(jìn)M1052開發(fā)板后，通過USB線連接開發(fā)板上的USB HOST1 和PC機(jī)，這時(shí)PC即會(huì)檢測到有USB設(shè)備插入，在PC機(jī)上安裝對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)后，PC機(jī)識別到我們的自定義USB設(shè)備。

打開PC端串口打?。?/p>

PC端上檢測到USB Device的插入，此時(shí)因?yàn)镻C端沒有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，所以檢測到是未知設(shè)備：

在PC機(jī)上安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)后，PC機(jī)識別到我們的自定義USB設(shè)備：

打開專用的USB通訊軟件，選擇要操作的端點(diǎn)，因?yàn)樵诒纠讨袆?chuàng)建了兩個(gè)管道，一個(gè)IN管道一個(gè)OUT管道，所以在軟件中會(huì)看到本USB設(shè)備有兩個(gè)端點(diǎn)，選擇后會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)窗口，一個(gè)是接收一個(gè)是發(fā)送。

在發(fā)送窗口輸入想要發(fā)送的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊發(fā)送，接收窗口就會(huì)收到響應(yīng)的數(shù)據(jù)。