基于TTL串口的嵌入式USB主机系统的设计和实现

　　1 引言

　　随着移动存储业的发展及数码产品的普及，数据采集系统、工控行业和嵌入式用户对移动存储的需求越来越大，也对数据移动存储盘提出了更高的应用要求，包括到地矿数据采集行业用户、水文系统数据采集行业用户、仪器仪表制造行业用户、铁路、长途汽运等交通系统数据采集用户、油田数据采集系统用户、单板系统的软件升级用户、纺织系统数据采集用户、银行等。但由于之前多数数据采集设备、工控机及嵌入式系统不具备USB数据输入输出标准接口，所以在USB数据存储方面一直得不到很好的普及。业界和用户的需求使得嵌入式USB主机的研究成为USB研究领域的一个新的方向。

　　本文介绍了一种基于TTL串口的USB主机系统，通过TTL串口(或并口)转接出USB接口，系统原理图如图1所示。嵌入式设备需要通过TTL串口，按照USB主机系统的串口通信协议与USB主机系统进行数据传输和通信，主机系统负责优盘的检测和数据的存储。本文详细介绍了该系统的设计思路，并给出了硬件设计和USB 主机的底层驱动软件的设计方法。

　　2 USB主机工作原理

　　对于我们设计嵌入式USB主机，可以参照PC上的USB主机。对于PC上的USB主机，其硬件方面由一个USB主机接口芯片控制，这个接口芯片在通过PCI总线与PC机通讯，其余还有电源管理部分;软件方面主要有三部分：USB接口驱动程序，负责CPU与USB主机接口芯片的通讯，负责底层USB包的接收和发送;USB协议栈驱动程序，负责解析设备驱动程序对USB的各种操作命令，并在解码后发给底层驱动程序;设备驱动程序，也就是上层的应用程序，包括操作系统提供给用户的API,以及用户自定义的对USB设备的操作，比如发送设备特有的USB命令请求。PC上的USB主机端软件结构图如图2所示。

　　3.系统结构

　　整个系统的核心芯片选用Motorola公司的DSP56f803和TDI公司的USB HOST控制器UHC124。整个系统由DSP56f803模块、UHC124模块、UART串口模块。

　　3.1 DSP56f803模块

　　系统的核心控制器，包括基本硬件和编写的固件。实现的功能包括：实现与UHC124的物理连接和通讯，并且配置UHC124的控制寄存器;配置USB外设，实现USB通信，实现USB Host要求的各项配置和数据传输的要求，接受USB Host的命令来管理USB外设;实现FAT16文件系统。

　　3.2 UHC124模块

　　USB HOST控制器的硬件部分。实现USB Host的接口，配置下行USB设备，管理USB总线电源。实现的功能包括：实现各种USB Host动作，协调内容各项功能，与外围主控制器通讯;存放传输的USB数据，设置USB传输特性;与作为主控制器的DSP56f803接口连接;管理USB电源，连接下行USB设备，总共带有4个下行USB设备端口。