基于虛擬存儲器的USB下載線設計

0 引言
隨著單片機技術的不斷發展，支持ISP(In-SystemProgramming)或IAP(In-Application Programming)的單片機芯片日益增加，這類單片機芯片的應用程序寫入采用了在線下載的方式。單片機與計算機的連接端口也從串口或并口逐步過渡到USB(Universal SerialBus)口。由于USB口具有高速、使用靈活方便等特點，單片機程序下載連接口也更加廣泛地應用USB口。但是，USB口與單片機連接的下載線在設計和應用上還是與串、并口連接一樣，不同的單片機采用不同的下載線，也對應有不同的下載軟件和硬件驅動程序。這些軟件和程序隨著功能的完善和操作改進等原因具有不同的版本。這就造成下載線的使用者需要不斷更新軟件，也讓使用者在更換單片機時不僅更換下載線，還要熟悉新的下載軟件及使用方法。為此，如果能設計一種不需要下載軟件的下載線或統一操作的下載軟件，則能大大提高單片機程序下載線的通用性及操作效率。設計一種通用而不需下載軟件的USB接口的單片機的下載線就顯得尤其必要。

1．硬件設計
1．1 設計分析
單片機USB接口下載線對于計算機而言，就是一個USB外部設備。為了實現在計算機中不需要安裝額外的下載線驅動程序和操作軟件，盡可能使用操作系統已有的USB設備的驅動程序、操作系統命令或軟件作為下載線的驅動程序及操作軟件。在對計算機操作系統進行分析和比較下，目前計算機操作系統中都帶有U盤的驅動程序，資源管理器就是一個現有的磁盤操作軟件。若將下載線虛擬為一個U盤，即從計算機角度將下載線和目標單片機視為一個虛擬磁盤，計算機對目標單片機的程序下載變為計算機對磁盤的寫操作。
當下載線系統接收到計算機寫入該磁盤的文件時，通過下載線系統程序對數據進行處理后把數據寫入目標單片機，實現單片機程序下載。下載線系統完成對計算機的磁盤響應和程序的控制和傳輸，這樣既能保證在所有計算機上都可以通用，又實現了在計算機中不需要專用的下載程序，只需要如磁盤操作一樣進行復制、粘貼或其他文件復制操作即可將程序寫入單片機。
下載線硬件系統如圖1所示。

1．2 硬件設計
在分析各種USB接口芯片后，選用Philips公司的PDIUSBDl2作為系統的USB接口芯片，實現與微控制器進行通信的高速通用并行接口。該芯片采用了USB 1．1標準，現有的計算機采用USB 1．1及USB 2．O接口標準，采用PDIUSBDl2作為下載線與計算機的接口芯片能夠滿足設計需要。
為了實現可靠的程序下載，對目標單片機的接口電路選用原Altra的并口驅動芯片74HC244作為下載線與目標單片機的接口驅動芯片。該芯片是三態的總線驅動芯片，在寫入和讀出目標單片機數據時有足夠的驅動能力和較小的延時，能夠實現正常的程序下載，在程序下載完成后，該芯片工作于高阻態，使下載線不影響目標單片機的正常工作。系統電路原理如圖2所示。