王莹：基于ARM的USB便携存储模块设计 |
| 2013-01-07 11:56 作者：王 莹 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，介绍基于ARM控制CH375芯片实现的USB便携存储模块的设计。首先介绍USB便携存储模块原理，之后给出ARM控制CH375的具体硬件及软件设计，最后介绍USB便携存储模块在油气田井口数据实时检测及远程传输系统中的应用。利用该设计能够实现U盘自动提取采集数据，克服人工采集数据的周期长自然环境恶劣等困难，已成功应用到油气田数据采集领域。
关键词：ARM；CH375；便携存储
0引言
基于USB接口的移动存储设备已经被广泛使用，尤其是采用USB-FLASH技术的U盘产品，而嵌入式U盘读写模块提供了通过串口或并口读写U盘的简单途径[1]。基于油气田井口数据采集及远程传输系统的实际项目应用，需要把存储在存储区的采集数据提取出来，所以设计了USB便携存储模块，利用ARM芯片S3C24102410的串口或数据总线实现对U盘的文件读写。
1USB便携存储模块原理
利用ARM控制CH375芯片实现USB便携存储模块。CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备两种通信方式[2]。由于CH375具有通用的控制端口和数据通信端口以及片选控制线等，因此可以便捷地连到嵌入式处理器的系统总线上。
以往，嵌入式系统中处理USB存储设备文件系统时需要处理多种文件传输层协议。但CH375不仅是基于USB的硬件芯片，而且内置了相关的设备程序，所以实际的嵌入式系统程序只需要调用固化好的U盘文件级子程序库函数，即可实现与U盘的通。
2USB便携存储模块硬件设计
本项目利用S3C24102410控制CH375的USB主机方式通信，采用的通信方式为并口通信。把相应的并口通信有关的I/O接口，按照标准并口连接方式连接到ARM处理器的I/O端口，实际的电路设计如图1所示。同时，为了保证CH375工作于并口通信方式，需要把它的TXD引脚直接接地，也可通过下拉电阻接地。
图1中左端USB的接口用于连接USB通信设备，由+5V电源线和GND接地线以及D+和D-两个数据信号线组成，完全符合USB通信线路要求。CH375的晶振选择为12MHz，电路中C2、C6和C8为退耦电容，C10和C11是时钟振荡电路的电容。连接在RSTI引脚与VCC之间的电容C9，大小为0.47μF，其作用是延长CH375的复位时间。ACT#引脚通过上拉电阻串连了发光二极管，作用是指示不同的工作状态。
从实际应用环境考虑，在设计PCB制板图时需要注意以下几点：1）尽量把退耦电容靠近CH375的相连接引脚；2）为了提高系统读写数据的抗干扰能力，应使D+和D-两个信号线的布线贴近平行，并且尽量在信号线两侧覆铜或者布置地线；3）为了减少高频时钟对外界的干扰，应当尽量缩短晶振引脚XI和XO相关信号线的长度，并尽量在相关元器件周围覆铜或者布置地线。
图1CH375芯片USB主机方式并口通信电路图
3USB便携存储模块软件设计
由于Windows操作系统的广泛应用，为了方便数据的交换和显示，U盘中的数据应该符合Windows文件系统格式。因此很多常用的移动存储设备，包括闪盘、USB闪存盘、USB移动硬盘等，一般都采用FAT文件系统。CH375供了USB存储设备的文件级接口供设计人员调用，而这些接口函数是针对常用的文件级操作，因此ARM不需要考虑FAT12/FAT16/FAT32等文件系统，只需要了解文件名、文件长度等知识，就可以实现对外部USB存储设备的读写操作。实际操作中，经过本模块存于U盘等存储器的数据已经为FAT文件系统，可以直接插在电脑的USB接口而不需外部设备，因而和读写普通U盘一样。
CH375的U盘文件级子程序库的存取模式包括字节模式和扇区模式两种。本设计采用的S3C2410自带的RAM，可以做文件数据缓冲区，结合实际应用情况采用扇区读写模式。每次新建或打开一个文件后，系统默认为扇区存取模式，其中支持以扇区为单位的文件操作子程序包括CH375FileRead和CH375FileWrite及CH375FileLocate等等。
CH375是用于USB数据通信的专用芯片，当系统命令执行完成后或者检测到USB总线状态的变化的时候，CH375采取中断的方式通知ARM处理器。之后ARM接收到中断信号，进入中断服务程序进行相应处理。
以在U盘中新建文件并写入数据为例，初始化CH375程序库和芯片包括：INT#引脚是查询方式还是中断方式处理、数据复制方式为内部复制还是外部复制、以字节模式还是以扇区模式读写U盘、设置外部RAM文件数据缓冲区、调用CH375库文件等；初始化I/O并口及电路是按照硬件的连接方式对I/O口进行设置；检查U盘是否准备好，有些U盘不需要这一步，但是某些U盘必须要执行这一步才能工作。
4USB便携存储模块在数据采集系统中的应用
数据采集控制系统用定时器定时，每隔1秒检测外部USB模块，当有U盘插入时，USB模块通知控制系统，并等待相应的处理过程。如检测到U盘设备已经连接好，则在U盘中新建一个文件，文件属性为.TXT文件，之后打开新建立的文件，从数据存储区中把采集到的数据和实时时间提取出来，送到发送缓冲区，通过控制系统的串口和USB模块通信，从而把存储数据写入到U盘。数据写入成功则延时一定时间，保存并关闭文件，等待U盘退出。控制流程如图2所示。
图2USB控制程序流程图
5结束语
本文详细介绍了基于ARM控制CH375的USB便携存储模块的设计。具体描述了油气田井口数据采集项目中USB存储模块的硬件设计及制板时的注意事项，以及ARM控制CH375和存储模块在数据采集系统中的程序设计。实际测试结果表明，利用该模块能够实现井口数据的USB采集，结果正确无误。极大地提高了数据采集的工作效率和质量，具有良好的应用前景。
作者简介：
王莹（1982-），吉林长春人，硕士，助教，研究方向：电子、计算机。 |
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