USB主机方式在嵌入式系统的应用

USB 就是指通用串行总线(Universal Serial Bus)，是计算机外围设备通讯的总线标准。USB 能够实现从出现迅速发展到普遍应用，其主要的原因是其具有高速、稳定、廉价、方便的特点。在嵌入式系统中USB技术主要有两种应用方式，一种是USB总线设备的USB设备方式，一种是USB主控制器的嵌入式USB主机。USB 设备已经得到了广泛的使用，但是USB 主机实现其复杂性却没有很多应用实例。文章主要研究了USB应用领域中，采用低端控制器的嵌入式系统如何实现有限的USB主机功能。

由于其良好的特性，USB 总线的应用范围已经开始从计算机外围设备向嵌入式系统扩展，在嵌入式系统中USB总线协议的完整性与复杂性使得它的应用方式多种多样。

1 USB 总线简介

1.1 USB总线拓扑结构

USB主机(USB HOST)、USB 设备(USB DECICE)、USB集线器(USBHUB)是USB系统中的三个硬件设备。USB 主机是每一个USB 系统中都必须包含的，在整个系统中其占据主导地位。USB 设备主要有两个类型，一个是为USB 总线提供接入口的集线器，另一个是鼠标、打印设备、存储设备等具有特定功能的设备。

1.2 USB总线特征

(1)使用方便。USB 总线能够即插即用，为终端用户的使用提供方便，主要是由于接口方式统一、电气方面有总线供电和设备自供电、自动识别设备、外围设备动态链接与重新配置。

(2)适用于不同应用范围。USB总线的速度模式与数据流传输模式具有多样性，能够满足不同应用范围的需求，使USB总线能够被广泛地使用。

2 USB 主机方式在嵌入式系统的应用

2.1 嵌入式USB 主机应用

2.1.1 嵌入式USB 主机应用中的问题

USB主控的集成能够使嵌入式产品与各种低价、便捷的外部设备连接。便携移动设备的发展对USB 主控装置有着越来越大的需求。

从根本上来说，USB就是PC总线的外部扩展，PC为其提供了丰富的系统资源，而PC 中的Microsoft Windows 操作系统原本就可以支持USB.USB主控体系结构由于系统资源与软件支持成为了PC应用中理想的解决方案，但是嵌入式系统中并没有这些优势。

嵌入式USB主机应用中问题主要体现在： 嵌入式系统有限的系统资源容量与能力; USB固件的添加会使嵌入式应用的复杂性加大，影响嵌入式应用及时响应实时事件的功能; 嵌入式市场处理器与实时操作系统繁复，USB固件的开发与移植需要大量的时间，典型嵌入项目的设计学习过长、过于艰辛。

2.1.2 嵌入式USB 主机应用相关问题的对策

要解决嵌入式装置中USB主控设计复杂的问题，其中一个方法就是在USB 主端控制器中揉入USB 即插即用的能力智能。具体的操作办法有：在控制器硬件中嵌入USB 主控栈与器件驱动的功能共用组件;将USB主控功能压缩到语族与ANSI C兼容的API(被系统用来获取USB主控制器中的USB主控功能)中。

2.2 U盘读写系统中的USB主机应用

U 盘是一种移动存储设备，虽然在PC领域中应用广泛，但是在嵌入式系统中的潜力却并没有体现出来。U 盘良好的通用性决定其能够在嵌入式系统中应用，一来U 盘的使用不仅仅局限一台主机，二来U盘是一种低价、便捷的数据采集存储媒介;最后U盘具有较好的抗震性与稳定性，能够在特殊环境中使用。

2.2.1 U 盘的工作原理

U盘是一种基于USB总线的移动存储设备，符合USB大容量存储类协议，在U 盘的内部有USB 设备接口引擎、微控制器，两者共同工作处理主机命令并管理存储设备。

2.2.2 U盘标准描述符

设备识别与设备枚举的依据就是设备的标准描述符，当U盘插入到主机之后，主机会要求U盘报告其标准描述符，主要涉及到的有：设备描述符(Device Descriptor)，对设备的类型与子类型、版本号、协议代号等进行定义;配置描述符(ConfigurationDescriptor)对接口的数量、设备的供电模式与供电量进行定义;接口描述符(Interface Descriptor);端点描述符(EndpointDescriptor)。

2.2.3 BULK-LNLY 传输方式

USB会在U盘插入后对其进行搜索，要求U 盘提供描述符。USB Host 得到描述符就可完成配置，识别基于BULKLNLY传输的大容量存储设备，进入BULK-LNLY 传输方式，对命令块包、状态块包、普通数据三类数据进行USB与U 盘之间的传输。

2.2.4 U 盘与主机的数据传输

主机(基于Bulk-Only 传输协议)与U 盘之间的数据传输都是由主机发起的，主机向设备发送包含操作命令代码的命令块包，设备接收之后，对命令块包进行检查与解读，根据命令来进行操作，并将执行的状况报告给主机。

3 结语

相对于传统的串行接口来说，USB总线更加方便使用、高速稳定、灵活快捷，受到了用户的一致的好评与欢迎，得以迅速的发展。本文对USB 总线的特征与发展状况进行了分析，总结出了USB 总线的优势。在对USB 总线协议分析的基础上，对USB技术在嵌入式系统中的应用研究，对USB 应用模式中的USB主机的实施方案进行了具体研究。