一种无驱动RFID阅读器的USB固件程序设计

摘要：采用USB控制芯片PDIUSBD12和微控制器AT89S52构成的硬件平台，简化了RFID阅读器与PC之间的数据传输。基于HID1．1协议的程序设计将RFID阅读器枚举为PC的一个外接HID键盘，省去驱动程序的安装。只要打开记事本就能记录电子标签的EPC、TID等特征信息，可满足快速发展的RFID产业对RFID阅读器多样性的需求。
关键词：HID键盘；AT89S52；PDIUSBD12

引言
    市面上大多数RFID阅渎器采用串口或PS2接口与PC通信，串口方式需要安装USB转串口驱动，PS2接口不支持热插拔。为了弥补以上两者的缺陷，本文提出了采用USB接口与PC通信的方式。HID类设备是应用最广泛的一类USB设备，Windows等操作系统内嵌的HID类驱动程序、键盘、鼠标等通用HID设备得到了广泛的应用。从Windows98操作系统开始，为HID类设备提供了通用的驱动程序，所以只要按照HID设备类的规范编写设备的固件程序，就能够让Windows系统自动识别设备，省去了复杂的驱动程序编写过程。

1 HID设备描述符
    在USB中，USB HOST通过各种描述符来识别设备。HID设备描述符包含5个USB基本描述符(设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符)和3个HID设备类特定描述符(HID描述符、报告描述符、实体描述符)，它们之间的关系如图1所示。

2 HID设备枚举
    USB主机识别一个USB设备必须经过枚举过程，主机使用总线枚举来识别和管理设备状态的变化。总线枚举过程如下：
    ①连接设备。USB设备接入USB总线。
    ②设备上电。USB设备可使用USB总线供电，也可使用外部电源供电。
    ③主机检测到设备，发出复位。设备连接到总线后，主机通过检测设备在总线的上拉电阻，检测新的设备连接，并判断该设备是全速设备还是低速设备，然后向该端口发送一个复位信号。
    ④设备默认状态。设备要从总线上接收到一个复位信号后，才可以对总线的处理操作作出响应。设备接收到复位信号后，就使用默认地址(00H)来对其进行寻址。
    ⑤地址分配。当主机接收到有设备对默认地址(00H)响应的时候，就对设备分配一个空间地址，以后设备就只对该地址进行响应。
    ⑥依次读取HID设备的设备描述符、配置描述符、接口描述符、HID描述符、端点描述符、字符串描述符。

3 HID接口固件设计与实现
3．1 硬件连接
    PDIUSBD12是一个纯粹的USB接口芯片，仅处理USB通信，自身不带微控制器，需要有一个微控制器对它进行控制。微控制器AT89S52与PDIUSBD12的连接如图2所示。ALE接低电平表示一个独立的地址和数据总线配置。PDIUSBD12的A0引脚控制PDIUSBD12的命令和数据状态。AT89 S52的地址和数据总线可直接与PDIUSBD12的数据总线相连。

3．2 程序设计
    PDIUSBD12接收主机的建立包时产生一个中断，微控制器响应中断，然后通过读PDIUSBD12的中断寄存器决定数据包是发送到控制端点还是普通端点。如果数据包是送往控制端点，微控制器通过读PDIUSBD12最后处理状态寄存器。进一步确定数据包是否是一个建立包。然后进入到控制端点输入或输出服务子程序。具体程序流程如图3所示。其中，USB没备的枚举过程由控制端点来完成，传入主机显示的数据由普通端点完成。

    由于程序中将设备枚举为HID键盘，所以传输时应满足HID键盘的要求，例如在HID键盘的端点描述符中卢明，主机每10 ms之内响应一次设备，所以每传输一个数据必须等待10 ms才能传下一个，如果两次传输相同的数据，必须在其中插入一个空包(00，00，00，00，00，00，00，00)，否则主机会认为只传输一个数据。键盘码详见HIDUsage Tables，数据包由8个字节构成，前两个字节为0，后面为键值，每一个字节表示一个按键。理论上一次可以传输6个按键，但是实验过程中丢失键值经常发生，所以只采用第3个字节传输，其余字节为0。
   
 
3．3 程序运行结果
    设备枚举为HID键盘如图4所示，成功将设备枚举成HID键盘。

    首先利用RFID阅读器的桌面DEMO程序给标签的USER区写入验证的数据，然后利用阅读器将写入的数据读取，经过HID方式传送到记事本上，数据传输如图5所示。

结语
    本设计满足了RFID阅读器传输数据量不大，速度要求不高，但必须在短时间内作出响应的要求。设备无须编写驱动程序，连接PC后就能工作，缩短了开发的时间。