在嵌入式系統中提高U盤訪問兼容性的幾種措施

摘要： 本文介紹了USB產品的開發輔助工具協議分析軟件Bus Hound和周立公公司提供的USB總線抓取和協議分析系統USB Anaslyst-I。再以筆者開發的單片機＋USB接口芯片(SL811HS)系統為例，詳細分析了提高U盤訪問兼容性的幾種措施。利用此措施，可以大大提高讀寫U盤的成功率并且兼容所有目前各大廠商的各種U盤。

關鍵詞：  U盤；Bus Hound；SL811HS

引言

隨著USB規范的完善和成熟，USB外設的種類不斷豐富，應用領域也不斷擴大。目前U盤幾乎成了我們日常工作的必備的移動存儲工具。隨著嵌入式產品應用領域的日益增長，USB外設的應用范圍也隨之擴大，在嵌入式系統中實現對USB外設控制尤其是對U盤的操作也變得必不可少。筆者在開發U盤支持功能時，最初是選用的朗科的U216(128M)的U盤，并調試成功。可換了朗科的另外一款u200(128M)的U盤就識別不了。再試驗愛國者的幾款U盤也出現了類似的兼容性問題。但是這些U盤在PC機(安裝windows2000)上又都操作正常。這說明筆者這個系統對U盤的操作存在兼容性問題。目前市場上的U盤的生產制造商不下幾十個，而且每個品牌又包含十幾甚至幾十種。那么如何使U盤在嵌入式系統上操作就如同在PC機上使用一樣，不存在兼容性問題？以下章節將詳細分析并給出相應的措施。

常用的USB開發工具

談到USB產品的開發，不得不涉及一些好用的輔助工具。利用這些工具會使開發取得事半功倍的效果。

Bus Hound5.0軟件

Bus Hound是純粹的軟件產品，它是通過抓取scsi驅動層的數據來進行分析。它可以用來分析USB總線數據協議、捕獲IO動作等。同時也可以傳送用戶編寫的命令進行調試。操作界面如圖1所示，使用步驟如下。

圖1  Bus Hound 5.0操作界面

(1) 啟動軟件，將USB設備插入USB口；
(2) 在DEVICE內選擇設備,例如我的設備是一個USB電話,則設備為USB  COMPOSITE DEVICE,選中該設備,可以在下面的PROPERTIES看到設備的總線類型,設備的電源以及各個端點的功能,在該設備下面還有兩個分支:USB AUDIO DEVICE 和 "USB人體學輸入設備"(這就是本設備占用的兩個接口),一樣在PROPERTIES里面可以看到他們的類代碼為0x01和0x03；
(3) 在看完基本信息后,將上述的某個接口選中，或者全部選中；
(4) 切換到“SETTING”選項卡，將MAX PHASE設置為512，這樣你就可以看到完全的DESCRIPTOR和其他的數據了；
(5) 在“PHASE TO CAPTURE”里面的幾個和USB相關的選項如下:
CDB:命令描述符塊;
CTL:USB控制傳輸;
DI/D數據輸入/輸出;
LEN:數據長度;
INSOC:同步傳輸;
RSET:總線復位;
URB:USB請求塊;
USTS:USB狀態
查看USB數據傳輸就把它們都選中；
(6) 在“Coloumn to display”里面,把里面的全部打勾選中。注意，這樣要把窗體最大化才可以看見全部數據；
(7)在”CAPTURE”選項卡里面可以看到捕捉的數據了，在文本框輸入文字，再點旁邊的箭頭，可以查詢。按STOP，再按START可以清屏。

USB Anaslyst-I分析儀

USB Anaslyst-I是廣州致遠電子有限公司獨立設計的USB開發工具，它是通過直接捕獲USB總線上的數據來進行分析，是國內自主設計的USB分析工具，完全打破了國外技術壟斷，價格僅為歐美同類產品的幾十分之一。該分析儀完全支持USB1.1協議，界面友好(如圖2)，直接搭配個人電腦或筆記本使用，是廣大USB接口設備開發工程師的得力助手。

圖2  USB Anaslyst-I分析儀界面 

主要功能特點：
可對HID類設備和大容量設備類的分析解碼；
事務級別視圖和傳輸控制級別視圖；
分組、事務、傳輸有效率統計功能；
在線升級功能；
鋁質外觀，體積小，重量輕，方便攜帶；
兩種供電方式，滿足各種計算機的要求；
USB2.0傳輸接口，支持Windows 98、2000、XP等操作系統；
全面支持USB1.1全速、低速數據采集分析；
支持PID或人工多種觸發條件選擇；
USB總線數據自動跟蹤,確保數據完整無誤；
同時具有USB總線錯誤分析和傳輸數據錯誤分析功能；
隨意定義1～99Mbyte的采集容量；
強大搜索功能,可以隨意查找錯誤幀或指定數據；
USB協議解碼功能,數據閱讀更加輕松；
空閑時間統計功能,數據傳輸過程一目了然；
完善的數據統計功能,帶寬利用隨手可得。

MCU(80386EX)+SL811HS應用電路

筆者開發的是用于工業控制的觸摸屏系統。本系統具有主USB接口，可訪問U盤。觸摸屏的主CPU選用了Intel公司的 80386EX 32位處理器。這款嵌入式芯片集成了2片8259中斷控制器，3片8254定時/計數器，8個片選，1個32位Watchdog,2個異步串口，1個同步串口，2個DMA通道。而且與x86系列的指令完全兼容。主控USB接口芯片選用Cypress的SL811HS。它是一個嵌入式的USB 主/從控制器。可以和各種微處理器、微控制器、DSP進行接口。SL811HS主控制器完全兼容USB1.1標準。圖3是一個利用SL811HS來訪問U盤的應用電路。其中USBRD、USBWR、CS5#、A0、INT7是與MCU的接口信號。

圖3  U盤訪問控制電路

提高SL811HS讀寫U盤兼容性的措施

復位SL811HS后應適當增加延時時間

當系統上電時，以及插入或拔出U盤時都需要復位(reset)SL811HS芯片，來重新更新端口狀態。初始化流程如下所示。注意在復位并初始化完SL811HS芯片和讀總線狀態之間需適當加長延時時間。因為當插入不同的U盤時總線的穩定時間會有差別。如果延時較短，則有一些U盤就識別不到了，一般延時100ms就足夠了。下面給出相關代碼的描述。

SL811Write(CtrlReg,0x08);       // 復位SL811HS
SL811Write(CtrlReg,0x00);        // 設置SL811HS到正常操作模式
SL811Write(IntStatus,INT_CLEAR); // 清中斷使能狀態
/* 修改華旗 不能識別的問題*/
/*原程序開始*/
//EZUSB_Delay(10);    // 延時等待硬件穩定
/*原程序結束*/
/*修改后程序開始*/  
   EZUSB_Delay(100);                   // 增加延時等待硬件穩定
   /*修改后程序結束*/
      uIntStatus=SL811Read(IntStatus);    //讀SL811HS的狀態

設置配置(set configuration)處理不完整

應該在配置這個語句后面加上一個設置接口(set_interface)。Bus Hound軟件每次枚舉U盤的時候，先是set_configuration然后是 set_interface，筆者從中得到啟發，實際協議上并沒有這樣的規定，這樣做的原因在于國內的有些U盤生產廠商，照搬微軟Windows操作系統的做法，Windows是每次都要這樣做的，所以U盤廠商在寫固件的時候，就也要讓主機必需進行接口設置。

端點被禁用后需進行一系列復位處理

有些U盤在進行完查詢(inquiry)命令后，在讀容量(read_capability)時端點被禁用，筆者從Bus Hound中受到了啟發，Bus Hound 的做法是有一個復位(reset)的過程，具體的命令就是清除端口(clear_feacture)，執行完這個命令后，讀容量時端點就不會被禁用了。具體的軟件流程如圖4所示。

圖4 端點被禁用后的復位操作

每條scsi命令失敗后需要進行多次重發處理

在插入U盤后，在執行讀容量命令時，在命令的查詢狀態(csw)階段總是返回錯誤。連續讀5次依然是返回錯誤。又是借助Bus Hound，發現PC機上執行相應的命令時，若命令返回錯誤，它會連續發送幾十次直到操作正常。原來部分U盤對部分scsi命令(如read_capability，read10，write10)等的響應非常慢。所以可以通過增加重復讀取的次數來解決此類問題。筆者最后設置了100次。即重復發送100次此命令都返回錯誤則認為操作U盤失敗。詳細流程如圖5所示。

圖5  SCSI命令失敗后增加復發讀取操作

結語

以MCU(386EX)+ SL811HS系統為平臺，借助USB協議分析軟件Bus Hound和硬件系統Anaslyst-I分析儀，分析了U盤操作失敗的原因，并給出了相應的措施。通過對目前市場上主要的幾十款U盤(包括愛國者、朗科、索尼、三星等等)的測試均正常。目前本系統已經批量使用半年時間，未出現任何不兼容U盤的問題。
　　
參考文獻：

1 張念淮，江浩等， USB總線接口開發指南. 國防工業出版社，2001
2 USB Mass Storage Class -Bulk Only Transport,1999
3 USB Mass Storage Class-UFI Command Specification,1998