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USB技術(shù)的應用已經(jīng)從最初應用為一種連接外設和PC的方法經(jīng)過(guò)了長(cháng)足的發(fā)展。USB標準的靈活性和適應性，加上目前流行的基于USB的存儲設備和音樂(lè )播放器，激發(fā)了許多不是基于PC的嵌入式系統紛紛采用USB�，F在，從電視機和機頂盒等家庭娛樂(lè )設備，到智能儀器、機器控制器、數碼標識系統和手持終端等工業(yè)應用，各種嵌入式應用都正在引入USB主機接口以提供數據存儲/傳輸，媒體錄音重放以及其他接口能力。 當把USB連接引入到一個(gè)現有的嵌入式應用的時(shí)候，對于如何升級設計者現有的設計以支持USB，有多種選擇。一個(gè)選擇就是用一個(gè)具有內部USB協(xié)議處理能力的設備替代它們現有的處理設備（CPU或微控制器）。這時(shí)用戶(hù)通常需要重新設計他們的硬件和軟件的核心部分以支持新的處理器。尤其是如果需要USB主機能力，則需要新的軟件設備驅動(dòng)和服務(wù)來(lái)處理設備枚舉之類(lèi)的功能，支持不同的USB設備類(lèi)和傳輸模式。對現有產(chǎn)品作這樣的重要變化，經(jīng)常是非常耗時(shí)并且代價(jià)不菲的。 FTDI Vinculum-II （VNC2）模塊圖。 另一種方法是使用一種現成的USB芯片方案，如英商飛特帝亞有限公司（FTDI）的Vinculum-II（VNC2）。Vinculum 是FTDI的嵌入式USB主/從控制器系列的名稱(chēng)。最新發(fā)布的第二代芯片 VNC2是針對在嵌入式應用中實(shí)現USB功能時(shí)的許多關(guān)鍵問(wèn)題而設計，并提供完整的單芯片USB解決方案。這款芯片的特點(diǎn)是有兩個(gè)獨立的可配置的USB 主/從接口，一個(gè)用戶(hù)可編程處理器核，具有多種靈活的接口以支持輕松集成到一個(gè)現有的嵌入式設計中。使用這種方案的好處在于設計者能夠重用其現有設計的核心部分，用最小的開(kāi)發(fā)成本和最快的上市時(shí)間支持增強的產(chǎn)品特征。 進(jìn)一步觀(guān)察VNC2的性能，該芯片有2個(gè)獨立的USB 2.0接口，提供USB主控端或從控端的連接，具有一個(gè)16位哈弗結構CPU核，16K字節的SRAM存儲器和258K字節的FLASH用于編程和固件存儲。由兩個(gè)嵌入式的USB主/從控制器以最小的內部CPU負荷實(shí)現完整的USB協(xié)議處理。這樣解放了CPU核，使它可用于用戶(hù)處理功能�？刂破髦С�4個(gè)主要的USB傳輸類(lèi)型（控制、批處理、中斷和同步），因此可以支持廣泛的USB應用。 除了USB接口，VNC2還支持一系列靈活的接口，使之能夠輕松的連接到其他的處理設備和外設。所支持的接口包括一個(gè)串行UART接口，用來(lái)連接到其它CPU或微控制器，一個(gè)高速FIFO接口，可用于比如一個(gè)ASIC或PLD（可編程邏輯器件）、SPI（串行外設接口）主從端口、以及8個(gè)PWM（脈沖寬度調制）通道之間傳輸數據以支持相關(guān)電路的控制。圖2為一個(gè)VNC2所提供的靈活連接的例子的細節設計。 圖2：帶有通訊功能的MP3/媒體播放器接口設計。 圖2描述的應用是使用FTDI VNC2設備以對現有處理單元的最小的負荷提供MP3和視頻播放以及與現有應用的通訊功能。 MP3/音頻重放：運行在VNC2上的固件代碼用于從USB存儲棒上讀取文件。音頻數據傳送個(gè)MP3解碼器用于音頻輸出，同時(shí)顯示屏用于圖像或視頻重放。Vinculum II軟件工具鏈具有與USB閃存接口和與顯示控制器和音頻編解碼SPI接口的設備驅動(dòng)。通信：通過(guò)第二個(gè)可用的USB接口可以對應用增加進(jìn)一步的功能。這里，通過(guò)適當的USB KEY可以增加通訊設備類(lèi)（CDC）來(lái)支持藍牙，3G/GPRS通訊。 對于所有的嵌入式應用，無(wú)論是采用電池供電還是市電供電的，電源消耗和管理都是關(guān)鍵問(wèn)題。為了實(shí)現低耗電工作，VNC2支持各種低功耗模式。在典型的工作模式，CPU運行在48MHz，VNC2芯片在1.8V核電壓僅消耗25mA（1.8V是從3.3V供電的芯片內部產(chǎn)生的）。要進(jìn)一步降低功耗，可以首先通過(guò)降低CPU的工作頻率至24MHz或12MHz的方式，其次可采用通過(guò)軟件關(guān)閉芯片上不使用的接口的方式。另外還可使用設備掛起模式。在掛起模式下，VNC2僅消耗128uA電流。這些不同的功耗模式為用戶(hù)提供了設備功耗管理的優(yōu)良的增益控制，幫助嵌入式應用獲取優(yōu)化的功耗性能。 軟件接口 在考慮USB應用的軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，很重要的一點(diǎn)是首先要了解USB軟件的功能。在許多USB連接方案中，有一個(gè)USB主機（比如PC）和一個(gè)USB從設備（比如打印機或USB鍵盤(pán)）。在USB從設備最初連接時(shí)，USB主機（PC）的作用是識別/枚舉這個(gè)設備。枚舉涉及到從從設備中讀取USB的參數和功能信息。從設備讀來(lái)的信息包含廠(chǎng)商/產(chǎn)品ID，支持的傳輸和設備類(lèi)型。這個(gè)設備類(lèi)型表示了從設備的功能和數據傳輸要求。比方說(shuō)USB鍵盤(pán)（人機接口設備）設備按照他們不同的用法會(huì )有不同的功能，對USB存儲器（大容量存儲器類(lèi)設備）支持不同的數據傳輸。每個(gè)設備類(lèi)型會(huì )要求不同的軟件設備驅動(dòng)。在PC應用中，操作系統比如Windows執行設備枚舉功能，具有各種驅動(dòng)支持不同的USB類(lèi)型。 在嵌入式應用中實(shí)現USB主控功能需要采用類(lèi)似的方法。集成了USB功能的嵌入式處理設備需要驅動(dòng)以支持枚舉和各種USB設備類(lèi)型。有些情況下沒(méi)有完整的USB驅動(dòng)，需要用戶(hù)用盡開(kāi)發(fā)資源。還有一些特定的設備結構，USB協(xié)議處理是由軟件實(shí)現的，要求設計者要么自己開(kāi)發(fā)要么購買(mǎi)USB協(xié)議棧。這種方式除了開(kāi)發(fā)和版權的開(kāi)銷(xiāo)，USB接口性能也可能被運行在設備CPU上的其他軟件進(jìn)程所限制。 使用VNC2 USB主/從控制器，用戶(hù)可受益于一個(gè)優(yōu)化的結構，它具有基于USB處理的硬件和軟件驅動(dòng)綜合套件，以及在單個(gè)設備中提供完整USB功能的資源。用戶(hù)可以使用Vinculum II軟件工具套件在VNC2上作應用開(kāi)發(fā)。這個(gè)工具有一個(gè)嵌入式RTOS（實(shí)時(shí)操作系統）管理下層接口函數，一套設備驅動(dòng)支持不同的硬件接口以及各種應用層驅動(dòng)。這個(gè)應用層驅動(dòng)對不同的USB類(lèi)型設備提供支持，比如USB HID，USB主機和USB設備。還有其他的應用驅動(dòng)可用于管理FAT文件系統和執行磁盤(pán)存儲功能。Vinculum II軟件工具套件幫助開(kāi)發(fā)人員使用這些資源來(lái)實(shí)現他們自己的應用代碼，允許在VNC2上直接處理用戶(hù)數據，從而不需要在外部MCU或處理器上的主機處理功能。VNC2的軟件結構圖如圖3所示。 圖3：Vinculum-II軟件結構。 Vinculum II軟件開(kāi)發(fā)工具套件允許用戶(hù)針對VNC2上的CPU處理器創(chuàng )建基于C的應用程序。這個(gè)工具套件是封裝為一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），具有標準的代碼編譯，創(chuàng )建，調試和編輯功能。這個(gè)IDE可從FTDI免費獲取，不需要許可證或版權費用。 開(kāi)發(fā)資源 除了開(kāi)發(fā)工具，FTDI還開(kāi)發(fā)了一系列的預編譯固件鏡像文件。固件鏡像文件能包含通常的USB應用相關(guān)的功能，比如對USB存儲設備的管理和接口，音樂(lè )重放，與USB打印機，HUB和HID類(lèi)型設備的接口。這些固件鏡像文件已經(jīng)可用于第一代Vinculum芯片VNC1L。預編譯固件鏡像文件提供一個(gè)備用的應用程序，嵌入式系統設計者可以展開(kāi)它或直接用作一個(gè)引用來(lái)添加到他們自己的專(zhuān)用程序中。當結合多種特征和前面提到的免費的軟件開(kāi)發(fā)資源，VNC2為嵌入式應用提供了一種有成本效益的完整的USB功能，同時(shí)通過(guò)把重新設計用戶(hù)現有設計的核心部分的工作量最小化，從而減少了開(kāi)發(fā)風(fēng)險。 許多的硬件平臺可用于支持采用FTDI VNC2 USB主/從芯片進(jìn)行USB應用的原型和開(kāi)發(fā)。VNC2 USB主/從控制器有各種封裝形式可用，LQFP和QFN類(lèi)型的封裝有32腳、48腳和64腳等多種選擇。 |
