【導讀】本文設(shè)計建立在嵌入式USB主機系統(tǒng)上，實現(xiàn)了USB協(xié)議中的Mass Storage類協(xié)議和精簡的FAT文件系統(tǒng)。實現(xiàn)了對U盤文件數(shù)據(jù)的讀寫功能，從而完成文件操作等響應(yīng)功能。
應(yīng)用領(lǐng)域背景
隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣的嵌入式控制器獲得了日益廣泛的應(yīng)用。一些傳統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備已經(jīng)為新型的大容量、智能化的輸入輸出設(shè)備所取代。U盤以其容量大、體積小、價格便宜的眾多優(yōu)點成為了最新的移動存儲設(shè)備。目前在個人計算機上U盤已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的軟盤成為廣泛使用的移動存儲介質(zhì)。
工業(yè)現(xiàn)場一般都需要數(shù)據(jù)采集器來完成各類數(shù)據(jù)采集任務(wù)。在很多實際應(yīng)用中，往往要求數(shù)據(jù)采集器具有工作可靠、成本低廉、操作簡單、數(shù)據(jù)便于收集和計算機分析等特點。如果能在嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中實現(xiàn)USB主機功能，那么嵌入式數(shù)據(jù)采集器就能像PC機一樣方便靈活地利用U盤這類USB存儲設(shè)備進行數(shù)據(jù)存儲。但是U盤和其他的USB設(shè)備一樣。是通過PCI總線與PC機內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線相接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，這樣在一些相對簡單的微控制器中將無法實現(xiàn)對U盤的操作。本設(shè)計所實現(xiàn)的模塊就是為了將U盤應(yīng)用在PC機不適合的場所而設(shè)計的。
設(shè)計摘要
針對現(xiàn)在U盤無法脫離PC機使用的局限性，工業(yè)現(xiàn)場許多嵌入式系統(tǒng)沒有提供USB接口和文件系統(tǒng)操作功能，本模塊使用PIC32 Starter KitsⅡ通過RS232接口實現(xiàn)現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)對U盤的操作。包括數(shù)據(jù)文件的寫入、讀取以及文件目錄的創(chuàng)建和刪除等。
系統(tǒng)框圖
本系統(tǒng)硬件主要包括PIC32 Starter KitsⅡ為中央控制器，USB設(shè)備如U盤等為數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，嵌入式設(shè)備為一些工控設(shè)備。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1：系統(tǒng)架構(gòu)圖
本系統(tǒng)軟件工作流程如圖2，可以執(zhí)行各種規(guī)定的操作，如：打開、新建、刪除文件等。USB接口系統(tǒng)PIC32 Starter KitsⅡ是整個系統(tǒng)的核心，用來控制USB總線接口和U盤進行命令和數(shù)據(jù)交換。它可以被看作是一個硬件、固件和軟件的綜合體。
圖2：工作流程圖
[page] 系統(tǒng)原理和技術(shù)特點
系統(tǒng)原理：
本設(shè)計采用PIC32 Starter KitsⅡ作為主機系統(tǒng)，并采用MAX3232芯片設(shè)計3.3V到5V電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成整個系統(tǒng)的硬件體系。
主要特性
1、最高可達到1.5 DMIPS/MHz 的性能
2、可編程預取高速緩存存儲器，以增強閃存中的執(zhí)行效率
3、16位指令模式（MIPS16e），用于緊湊型代碼
4、帶有63個優(yōu)先級的向量中斷控制器
5、可編程的用戶和內(nèi)核工作模式
6、可對外設(shè)寄存器執(zhí)行原子級位操作（單周期）
7、乘法/除法單元，最高指令發(fā)出速率為每個時鐘一條32 × 16 乘法指令
8、高速Microchip ICD 端口，具有基于硬件的非侵入式數(shù)據(jù)監(jiān)視和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流功能
9、EJTAG調(diào)試端口，支持廣泛的第三方調(diào)試、編程和測試工具
10、指令控制的功耗管理模式
11、5 級流水線指令執(zhí)行
12、內(nèi)部代碼保護，以幫助保護知識產(chǎn)權(quán)
如圖3電平轉(zhuǎn)換電路原理圖，實現(xiàn)3.3V到5V的電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)RS232通信。
圖3：電平轉(zhuǎn)換電路原理圖
技術(shù)特點：
1、直接嵌入用戶系統(tǒng)，不必了解USB協(xié)議
2、兼容大容量U盤
3、支持USB2.0接口協(xié)議
4、多種RS232串口波特率：115200/9600bps等
5、支持文件系統(tǒng)： FAT32
6、直接創(chuàng)建Word、 Excel、二進制等各種類型文件
7、能對文件及文件目錄進行創(chuàng)建、更名、刪除及移動等操作
軟件流程介紹
圖4：軟件流程
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