USB（通用串行總線）相信大多數(shù)人都接觸過(guò)，隨著各種數(shù)碼設(shè)備的大量普及，特別是MP3和數(shù)碼相機(jī)的普及，我們周圍的USB設(shè)備漸漸多了起來(lái)。自USB在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出以來(lái)。USB技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從初應(yīng)用為一種連接外設(shè)和PC的方法經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)足的發(fā)展。USB標(biāo)準(zhǔn)的靈活性和適應(yīng)性，加上目前流行的基于USB的存儲(chǔ)設(shè)備和音樂(lè)播放器，激發(fā)了許多不是基于PC的嵌入式系統(tǒng)紛紛采用USB。現(xiàn)在，從電視機(jī)和機(jī)頂盒等家庭娛樂(lè)設(shè)備，到智能儀器、機(jī)器控制器、數(shù)碼標(biāo)識(shí)系統(tǒng)和手持終端等工業(yè)應(yīng)用，各種嵌入式應(yīng)用都正在引入U(xiǎn)SB主機(jī)接口以提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳輸，媒體錄音重放以及其他接口能力。

　　當(dāng)我們把USB連接引入到一個(gè)現(xiàn)有的嵌入式應(yīng)用的時(shí)候，我們就要知道如何升級(jí)設(shè)計(jì)者現(xiàn)有的設(shè)計(jì)以支持USB。下面我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)可以做幾個(gè)選擇。

　　用一個(gè)具有內(nèi)部USB協(xié)議處理能力的設(shè)備替代它們現(xiàn)有的處理設(shè)備（CPU或微控制器）就是一個(gè)選擇。這時(shí)用戶通常需要重新設(shè)計(jì)他們的硬件和軟件的部分以支持新的處理器。這會(huì)有些麻煩。尤其是如果需要USB主機(jī)能力，則需要新的軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)和服務(wù)來(lái)處理設(shè)備枚舉之類的功能，支持不同的USB設(shè)備類和傳輸模式。對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品作這樣的重要變化，經(jīng)常是非常耗時(shí)并且代價(jià)不菲的。所以一般情況下大多數(shù)人不選這個(gè)，畢竟在經(jīng)濟(jì)社會(huì)下少花費(fèi)能做出來(lái)總不會(huì)去做多花費(fèi)的。

　　FTDI Vinculum-II （VNC2）模塊圖。

　　另一種方法是使用一種現(xiàn)成的USB芯片方案，如英商飛特帝亞有限公司（FTDI）的Vinculum-II（VNC2）。Vinculum 是FTDI的嵌入式USB主/從控制器系列的名稱。發(fā)布的第二代芯片 VNC2是針對(duì)在嵌入式應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)USB功能時(shí)的許多關(guān)鍵問(wèn)題而設(shè)計(jì)，并提供完整的單芯片USB解決方案。這款芯片的特點(diǎn)是有兩個(gè)獨(dú)立的可配置的USB 主/從接口，一個(gè)用戶可編程處理器核，具有多種靈活的接口以支持輕松集成到一個(gè)現(xiàn)有的嵌入式設(shè)計(jì)中。使用這種方案的好處在于設(shè)計(jì)者能夠重用其現(xiàn)有設(shè)計(jì)的部分，用的開發(fā)成本和快的上市時(shí)間支持增強(qiáng)的產(chǎn)品特征。所以這個(gè)方法得到很廣大的應(yīng)用。

　　從上文我們對(duì)VNC2有了初步的了解。接下來(lái)進(jìn)一步觀察VNC2的性能，該芯片有2個(gè)獨(dú)立的USB 2.0（基于半雙工二線制總線）接口，提供USB主控端或從控端的連接，具有一個(gè)16位哈弗結(jié)構(gòu)CPU核，16K字節(jié)的SRAM存儲(chǔ)器和258K字節(jié)的FLASH用于編程和固件存儲(chǔ)。由兩個(gè)嵌入式的USB主/從控制器以的內(nèi)部CPU負(fù)荷實(shí)現(xiàn)完整的USB協(xié)議處理。這樣解放了CPU核，使它可用于用戶處理功能。控制器有著支持4個(gè)主要的USB傳輸類型，它們分別是控制、批處理、中斷和同步，因此可以支持廣泛的USB應(yīng)用。

　　VNC2不僅僅只支持USB接口，還有一系列靈活的接口，使之能夠輕松的連接到其他的處理設(shè)備和外設(shè)。所支持的接口包括一個(gè)串行UART接口（通用異步收發(fā)器），用來(lái)連接到其它CPU或微控制器，一個(gè)高速FIFO（First Input First Output，一種先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)緩存器）接口，可用于比如一個(gè)ASIC或PLD（可編程邏輯器件）、SPI（串行外設(shè)接口）主從端口、以及8個(gè)PWM（脈沖寬度調(diào)制）通道之間傳輸數(shù)據(jù)以支持相關(guān)電路的控制。下面就是一個(gè)VNC2所提供的靈活連接的例子的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。這樣讓大家有個(gè)比較直觀的了解VNC2的一系列靈活的接口。

：帶有通訊功能的MP3/媒體播放器接口設(shè)計(jì)。

　　描述的應(yīng)用是使用FTDI VNC2設(shè)備以對(duì)現(xiàn)有處理單元的的負(fù)荷提供MP3和視頻播放以及與現(xiàn)有應(yīng)用的通訊功能。

　　MP3/音頻重放：運(yùn)行在VNC2上的固件代碼用于從USB存儲(chǔ)棒上讀取文件。音頻數(shù)據(jù)傳送個(gè)MP3解碼器用于音頻輸出，同時(shí)顯示屏用于圖像或視頻重放。Vinculum II軟件工具鏈具有與USB閃存接口和與顯示控制器和音頻編解碼SPI接口的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。通信：通過(guò)第二個(gè)可用的USB接口可以對(duì)應(yīng)用增加進(jìn)一步的功能。這里，通過(guò)適當(dāng)?shù)腢SB KEY可以增加通訊設(shè)備類（CDC）來(lái)支持藍(lán)牙，3G/GPRS通訊。

　　對(duì)于所有的嵌入式應(yīng)用，無(wú)論是采用電池供電還是市電供電的，電源消耗和管理都是關(guān)鍵問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)低耗電工作，VNC2支持各種低功耗模式。在典型的工作模式，CPU運(yùn)行在48MHz，VNC2芯片在1.8V核電壓僅消耗25mA（1.8V是從3.3V供電的芯片內(nèi)部產(chǎn)生的）。要進(jìn)一步降低功耗，可以首先通過(guò)降低CPU的工作頻率至24MHz或12MHz的方式，其次可采用通過(guò)軟件關(guān)閉芯片上不使用的接口的方式。另外還可使用設(shè)備掛起模式。在掛起模式下，VNC2僅消耗128uA電流。這些不同的功耗模式為用戶提供了設(shè)備功耗管理的優(yōu)良的增益控制，幫助嵌入式應(yīng)用獲取優(yōu)化的功耗性能。

　　軟件接口

　　在對(duì)USB應(yīng)用的軟件開發(fā)時(shí)，首先要了解USB軟件的功能，這是一個(gè)很重要的先決條件。就如在學(xué)習(xí)英文時(shí)候要先學(xué)習(xí)英文的26字母。在許多USB連接方案中，有一個(gè)USB主機(jī)（比如PC）和一個(gè)USB從設(shè)備（比如打印機(jī)或USB鍵盤）。在USB從設(shè)備初連接時(shí)，USB主機(jī)（PC）的作用是識(shí)別/枚舉這個(gè)設(shè)備。枚舉涉及到從從設(shè)備中讀取USB的參數(shù)和功能信息。從設(shè)備讀來(lái)的信息包含廠商/產(chǎn)品ID，支持的傳輸和設(shè)備類型。這個(gè)設(shè)備類型表示了從設(shè)備的功能和數(shù)據(jù)傳輸要求。比方說(shuō)USB鍵盤（人機(jī)接口設(shè)備）設(shè)備按照他們不同的用法會(huì)有不同的功能，對(duì)USB存儲(chǔ)器（大容量存儲(chǔ)器類設(shè)備）支持不同的數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)設(shè)備類型會(huì)要求不同的軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)。在PC應(yīng)用中，操作系統(tǒng)比如Windows執(zhí)行設(shè)備枚舉功能，具有各種驅(qū)動(dòng)支持不同的USB類型。

　　在嵌入式應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)USB主控功能需要采用類似的方法。集成了USB功能的嵌入式處理設(shè)備需要驅(qū)動(dòng)以支持枚舉和各種USB設(shè)備類型。有些情況下沒(méi)有完整的USB驅(qū)動(dòng)，需要用戶用盡開發(fā)資源。還有一些特定的設(shè)備結(jié)構(gòu)，USB協(xié)議處理是由軟件實(shí)現(xiàn)的，要求設(shè)計(jì)者要么自己開發(fā)要么購(gòu)買USB協(xié)議棧。這種方式除了開發(fā)和版權(quán)的開銷，USB接口性能也可能被運(yùn)行在設(shè)備CPU上的其他軟件進(jìn)程所限制。

　　使用VNC2 USB主/從控制器，用戶可受益于一個(gè)優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，它具有基于USB處理的硬件和軟件驅(qū)動(dòng)綜合套件，以及在單個(gè)設(shè)備中提供完整USB功能的資源。用戶可以使用Vinculum II軟件工具套件在VNC2上作應(yīng)用開發(fā)。這個(gè)工具有一個(gè)嵌入式RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）管理下層接口函數(shù)，一套設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持不同的硬件接口以及各種應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)。這個(gè)應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)對(duì)不同的USB類型設(shè)備提供支持，比如USB HID，USB主機(jī)和USB設(shè)備。還有其他的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)可用于管理FAT文件系統(tǒng)和執(zhí)行磁盤存儲(chǔ)功能。Vinculum II軟件工具套件幫助開發(fā)人員使用這些資源來(lái)實(shí)現(xiàn)他們自己的應(yīng)用代碼，允許在VNC2上直接處理用戶數(shù)據(jù)，從而不需要在外部MCU或處理器上的主機(jī)處理功能。VNC2的軟件結(jié)構(gòu)圖如所示。

　　：Vinculum-II軟件結(jié)構(gòu)。

　　Vinculum II軟件開發(fā)工具套件允許用戶針對(duì)VNC2上的CPU處理器創(chuàng)建基于C的應(yīng)用程序。這個(gè)工具套件是封裝為一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（IDE），具有標(biāo)準(zhǔn)的代碼編譯，創(chuàng)建，調(diào)試和編輯功能。Vinculum-II 是完整的USB系統(tǒng)解決方案，支持一系列靈活的接口，包括UART、SPI、 FIFO以及PWM輸出塊用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)和其他的模擬設(shè)備。完整的USB協(xié)議數(shù)據(jù)處理完全由設(shè)備內(nèi)部的硬件來(lái)處理，而無(wú)需用戶擴(kuò)展應(yīng)用的處理資源。這種完全可編程的USB 處理器由新型Vinculum軟件工具套裝來(lái)支持，可以提供基于C語(yǔ)言的集成開發(fā)環(huán)境，不需要許可證或版權(quán)費(fèi)用，用戶能夠非常方便地為VNC2開發(fā)應(yīng)用。

　　開發(fā)資源

　　USB橋接器芯片的領(lǐng)導(dǎo)廠商FTDI除了開發(fā)工具，還開發(fā)了一系列的預(yù)編譯固件鏡像文件（特定的一系列文件按照一定的格式制作成單一的文件。）。固件鏡像文件能包含通常的USB應(yīng)用相關(guān)的功能，比如對(duì)USB存儲(chǔ)設(shè)備的管理和接口，音樂(lè)重放，與USB打印機(jī)，HUB和HID類型設(shè)備的接口。這些固件鏡像文件已經(jīng)可用于代Vinculum芯片VNC1L。預(yù)編譯固件鏡像文件提供一個(gè)備用的應(yīng)用程序，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以展開它或直接用作一個(gè)引用來(lái)添加到他們自己的專用程序中。當(dāng)結(jié)合多種特征和前面提到的的軟件開發(fā)資源，VNC2為嵌入式應(yīng)用提供了一種有成本效益的完整的USB功能，同時(shí)通過(guò)把重新設(shè)計(jì)用戶現(xiàn)有設(shè)計(jì)的部分的工作量化，從而使開發(fā)者的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)大大地降低了。這樣的功能得到了很多開發(fā)者的青睞。

　　現(xiàn)在有許多的硬件平臺(tái)可用于支持采用FTDI VNC2 USB主/從芯片進(jìn)行USB應(yīng)用的原型和開發(fā)。VNC2 USB主/從控制器有各種封裝形式可用，LQFP和QFN類型的封裝有32腳、48腳和64腳等多種選擇。多種選擇不僅適用多種設(shè)備，也讓消費(fèi)者有了多樣的選擇空間。

　　USB簡(jiǎn)介

　　USB ,是英文Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫，而其中文簡(jiǎn)稱為“通串線，是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的。

　　從1994年11月11日發(fā)表了USB V0.7版本以后，USB版本經(jīng)歷了多年的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為3.0版本，成為目前電腦中的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展接口。目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0，各USB版本間能很好的兼容。USB用一個(gè)4針（USB3.0標(biāo)準(zhǔn)為9針）插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來(lái)，多可以連接127個(gè)外部設(shè)備，并且不會(huì)損失帶寬。USB需要主機(jī)硬件、操作系統(tǒng)和外設(shè)三個(gè)方面的支持才能工作。目前的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片組，主板上也安裝有USB接口插座，而且除了背板的插座之外，主板上還預(yù)留有USB插針，可以通過(guò)連線接到機(jī)箱前面作為前置USB接口以方便使用（注意，在接線時(shí)要仔細(xì)閱讀主板說(shuō)明書并按圖連接，千萬(wàn)不可接錯(cuò)而使設(shè)備損壞）。而且USB接口還可以通過(guò)專門的USB連機(jī)線實(shí)現(xiàn)雙機(jī)互連，并可以通過(guò)Hub擴(kuò)展出更多的接口。USB具有傳輸速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps），使用方便，支持熱插拔，連接靈活，獨(dú)立供電等優(yōu)點(diǎn)，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、閃存盤、MP3機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)硬盤、外置光軟驅(qū)、USB網(wǎng)卡、ADSL Modem、Cable Modem等，幾乎所有的外部設(shè)備。