問題與挑戰

作為現今普遍接受的移動存儲工具，USB閃存盤在各種嵌入式系統中也獲得廣泛應用。

本文介紹低成本PIC控制器通過USB2.0全速接口與閃存盤進行連接的實現過程，并著重針對PIC微控制器和VinculumUSB接口芯片說明有關嵌入式接口的硬件設計以及程序的編寫。

如今各種閃存盤和USB外設價格已相當低廉，并被廣泛應用到帶USB接口的PC中。而要將它們應用于8位或16位嵌入式系統中，如何解決成本和功耗等問題才是關鍵。這其中的原因主要是這類系統中用到的嵌入式控制器，如Microchip公司推出并得到廣泛應用的PIC系列器件具有多種存儲密度和外設，但由于缺乏接口、資源和性能，無法作為USB的主控制器。

在實際應用中，可用VNC1LVinculum控制器來實現這種連接，該芯片提供了作為系統控制器的PIC和USB2.0全速端口之間的接口，順利實現與USB閃存盤的連接，同時該方案具有很短的執行時間和最小系統成本。Vinculum基于定制處理器內核，有兩個直接存儲訪問（DMA）引擎以加快數據傳輸和32位數字協處理器優化文件系統的計算，所有這些都在一個芯片里完成，芯片帶有64K嵌入式閃存和4K內部數據SRAM。

Vinculum專門針對嵌入式USB控制器市場，只需要很少外部支持元件。Vinculum核與常用MCU核相比的一個主要特點是其代碼長度大幅縮短，減少內核在代碼上的開銷，因此可以在單芯片e-Flash存儲器里裝入更多功能，這一特點也正好可以彌補基于PIC的嵌入式系統的不足。系統原理圖見圖1，通過Vinculum將小型PICMCU連到USB“A”連接器上，然后就可以連接USB閃存盤了。

搭建模擬系統

PIC是系統控制器，通過通用I/O引腳（引腳9、10、11上的RC0、RC1、RA2）接收從傳感器或其他來源傳過來的數據，對數據格式進行轉換，然后用數據流將數據寫入閃存盤上的文件里。命令和數據通過TXD（引腳6）傳到VNC1L的RXD（引腳32），VNC1L在USB閃存盤上生成FAT12/16/32文件并存儲數據，并通過USB2DM（引腳28）和USB2DP（引腳29）和閃存盤通信。數據也用同樣引腳讀出，然后將數據通過VNC1L的TXD（引腳31）傳到PIC的PXD（引腳5）以供系統固件使用。

在PIC引腳2和3之間接入一個20MHz晶振可在其UART接口獲得高達115200bit/s波特率，而使用內部8MHz振蕩器只能獲得最高9600bit/s波特率，因此加接晶振可提高系統性能。PIC的IO引腳RC2和RC3都被固件使用，以模擬與VNC1LUART連接的RTS/CTS握手信號。系統由PIC上的固件控制，數據傳輸則由PIC發出的指令控制，該指令由Vinculum上的標準固件進行解釋。雖然說起來很簡單，但完成設計還有其他一些工作要做，例如器件還需要電源、控制時鐘的晶振以及編程。

系統需要標準的5V250mA電源（PSU），可為USB“A”連接器提供高達200mA電流，同時為VNC1L和PIC各提供25mA驅動電流。VNC1L采用3.3v電源，由一個3.3vLDO調壓器提供，它帶有一個5v容限IO引腳，可使其連到PIC而不需要用到電平轉換器。在低功耗應用中，VNC1L不工作時可進入2mA睡眠模式，如需喚醒器件，只需觸發RART接口的振鈴指示（RI）引腳（引腳38）。如果它連到RXD線上（如圖所示），就可以用一個空命令觸發以喚醒器件。

該設計還包括一個雙色LED指示器，由引腳16和18推動。它可以顯示是否成功連上USB閃存盤并可以訪問文件系統。

VNC1L和PIC編程

該設計包括兩個程序頭文件，每個器件需要一個，同時還要有相應的開發環境。對于生產設計而言，兩個器件都要在插入PCB之間預先編程，以減少連接頭和跳線。

在正常工作狀態下，J1和J2需要連上，而其他跳線保持斷開。對VNC1L編程的時候，將J1和J2跳線移開以使VNC1LUART輸入與PIC輸出分開。把5VPSU斷開，然后將TTL-232R-3V3線纜接到H2上，將該線纜的USB端接到PC上，而在PC上安裝好VPROG編程軟件。將J4連上以便將VNC1L的PROG#引腳拉低，并短暫將J3短路以使器件復位使其進入編程狀態。編程完成后，記住恢復跳線設定到工作位置。

對PIC編程時編程頭連到器件的RA0、RA1和MCLR#引腳，通過編程頭提供5V編程電壓。PIC微控制器編程前先將5VPSU斷開，編程頭連到標準PIC編程環境如PICKit2上，可以使用Microchip的調試與下載工具。

本文所附的C代碼實例顯示PIC等待閃存盤檢測，然后打開一個名為hello.txt的文件，接著將“HelloWorld”以及回車換行符寫入該文件中，最后關閉文件并等待將閃存盤移開。

VNC1L固件

VNC1L采用標準固件進行編程，稱為VDAP，它可以解釋來自于PIC的命令。這些VDAP命令有些類似于DOS指令，如DIR、RD以及WR等，命令集也支持容易被微處理器控制的單字節十六進制命令，VDAP命令包含在PIC固件中，可控制USB閃存盤的接入，典型命令序列可以是生成一個文件、從文件中讀出/寫入數據然后關閉文件。

結論

FTDI的VinculumVNC1L提供了一個低成本微控制器與USB2.0低/全速外設之間的接口，易于使用和編程，其指令集類似于DOS命令，可在微控制器環境下很容易地編寫調試數據以及傳輸例程，同時設計簡單，使嵌入式系統能以較低成本實現USB主機功能。因此用戶將可以采用低成本通用USB閃存盤作為系統存儲媒介，而且還能在現場進行軟件升級。此外VNC1L還可用于連接除了大容量存儲設備之外的很多其他USB外設，不過這部分內容在本文討論范圍之外。

VinculumIC給USB接口增加不到10%的功耗，對系統而言更低，但能以非常容易及直接的方式為便攜式設備增加USB2.0主機控制器端口。VDAP固件以及介紹完整指令集的文件可從FTDI的Vinculum網站（）下載。

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