USB作为一种新型的接口技术,以其简单易用,速度快等特点而备受青睐.本文简单介绍USB接口的特点和PHILIPS 公司的USB 接口芯片PDIUSBD12，并详细说明USB 软硬件开发过程中应注意的问题。
引言
USB是近年来应用在PC领域的新型接口技术，是一些PC 大厂商，如Microsoft、Intel 等为了解决日益增加的PC 外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串行通信的标准，自1995年在Comdex上亮相以来，至今已广泛地为各PC厂家所支持现在生产的PC 几乎都配备了USB 接口。Microsoft 的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD 等流行操作系统都增加了对USB 的支持。
USB 的主要优点：
- 使用方便。连接外设不必再打开机箱允许外设热插拔而不必关闭主机电源；
- 速度快。USB接口的最高传输率可达12 Mb/s；
- 提供低速方式，速率为1.5 Mb/s 扣除用于总线状态控制和错误检测等数据传输，最大理论速度也能达到1.2 Mb/s 和9.6 Mb/s。
- 连接灵活。一个USB 口理论上可以连接127个USB设备，连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用集线器Hub，把多个设备连接在一起，再同PC 机的USB 口相接。
- 独立供电。USB 接口提供了内置电源。
现在的USB生产厂商很多，几乎所有的硬件厂商都有USB 的产品。USB控制器一般有两种类型：一种是MCU 集成在芯片里面的如Intel 的
8X930AX、CYPRESS的EZ-USB、SIEMENS的C541U以及MOTOLORA、National Semiconductors 等公司的产品。另一种就是纯粹的USB接口芯片仅处理USB 通信如PHILIPS 的PDIUSBD11（I2C 接口）、PDIUSBP11A、PDIUSBD12（并行接口）、National Semiconductor的USBN9602、USBN9603、USBN9604等、前一种由于开发时需要单独的开发系统，因此开发成本较高；而后一种只是一个芯片与MCU接
口实现USB通信功能，因此成本较低，而且可靠性高。本文主要介绍PHILIPS公司的PDIUSBD12器件。
1 PDIUSBD12 芯片特点和内部结构
PDIUSBD12 是一个性能优化的USB器件。通常用于基于微控制器的系统并与微控制器通过高速通用并行接口进行通信，也支持本地DMA。传输该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，允许使用现存的体系结构并使固件投资减到最小。这种灵活性减少了开发时间、风险和成本。是开发低成本且高效的USB 外围设备解决方案的一种最快途径。PDIUSBD12完全符合USB1.1规范，也能适应大多数设备类规范的设计如成像类、大容量存储类、通信类、打印类和人工输入设备等。因此，PDIUSBD12非常适合做很多外围设备，如打印机、扫描仪、外部大容量存储器（Zip驱动器）和数码相机等现在用SCSI 实现的很多设备如果用USB 来实现可以直接降低成本。
PDIUSBD12 挂起时的低功耗以及LazyClock 输出符合ACPI、OnNOW和USB电源管理设备的要求。低功耗工作允许实现总线供电的外围设备。
PDIUSBD12还集成了像SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。所有这些特性都能在系统实现时节省成本，同时在外围设备上很容易实现更高级的USB 功能。
1.1 主要特性
- 符合USB 1.1 协议规范；
- 集成了SIE FIFO 存储器收发器和电压调整器的高性能USB 接口芯片；
- 适应大多数设备类规范的设计；
- 与任何微控制器/微处理器有高速2MB/s的并行接口；
- 完全自动DMA 操作；
- 集成了320 B 的多配置FIFO存储器；
- 主端点有双缓存配置，增加吞吐量，容易实现实时数据传输；
- 在块传输模式下有1MB/s的数据传输率，在同步传输模式下有1Mb/s 的数据传输率；
- 具有总线供电能力，有非常好的EMI性能；
- 在挂起时有可控制的LazyClock 输出；
- 可通过软件控制USB总线连接SoftConnect；
- 在USB 传输时有闪亮的USB 连接指示灯GoodLink；
- 时钟频率输出可编程；
- 符合ACPI、OnNOW和USB 电源管理要求；
- 具有内部上电复位和低电压复位电路；
- 有SO18 和TSSOP28 封装；
- 能在－40~ ＋85℃工业级工作；
- 片内8kV静电保护；
- 双电压工作(3.3±0.3 V)或扩大的5 V电压范围（3.6~5.5 V）；
- 多中断模式，方便块传输和同步传输。
1.2 内部结构
PDIUSBD12 的内部框图如图1 所示。
- 模拟收发器。集成的收发器直接通过终端电阻与USB 电缆接口。
- 电压调整器。片上集成的1 个3.3 V电压调整器为模拟收发器供电，也提供连接到外部1.5 k上拉电阻的输出电压。作为选择，PDIUSBD12提供集成1.5 k 上拉电阻的SoftConnect 技术。
- PLL。 片上集成1个6~48 MHz的倍频PLL（锁相环）允许使用6 MHz 的晶振，EMI也由于使用低频晶振而减小。PLL 的工作不需要外部器件。
- 位时钟恢复。位时钟恢复电路用4倍过采样原理从输入的USB数据流中恢复时钟，能跟踪USB规范中指出的信号抖动和频率漂移。
- PHILIPS 串行接口引擎PSIE、PHILIPS 的SIE完全实现USB协议层。考虑到速度，它是全硬件的，不需要固件微程序介入。这个模块的功能包括：同步模式识别、并/ 串转换、位填充/不填充、CRC校验、PID 确认、地址识别以及握手鉴定。
- SoftConnect 高速设备与USB的连接是靠把D＋通过1个1.5 k 的上拉电阻接到高电平来建立的。在PDIUSBD12中这个上拉电阻是集成在芯片内的，缺省是没有连接到VDD，这个连接是靠外部MCU 发一个命令来建立的。这使得系统微处理器可以在决定建立USB连接之前完成初始化。重新初始化USB 总线连接也可以不用拔掉电缆来完成。
- GoodLink。GoodLink是靠一个引脚接发光二极管实现的。在USB设备枚举时LED指示灯将立即闪亮；当PDIUSBD12被成功枚举并配置时，LED指示灯将会始终亮；经过PDIUSBD12 的USB 数据传输过程中，LED将一闪一闪；传输成功后，LED熄灭；在挂起期间LED熄灭；这种特性可以使我们知道PDIUSBD12 的状态方便电路调试。
- 存储器管理单元MMU 和集成RAM。MMU和集成RAM能缓冲USB（工作在12Mb/s）数据传输和微控制器之间并行接口之间的速度差异，这允许微控制器以自己的速度读写USB 包。
- 并行和DMA接口。并行接口容易使用，速度快并且能直接与主微控制器接口。对于微控制器，PDIUSBD12可以看成是一个有8位数据总线和1 位地址线的存储设备，PDIUSBD12支持多路复用和非多路复用的地址和数据总线。在主端点（端点2）和局部共享存储器之间也可使用DMA（直接存储器存取）传输。它支持单周期模式和块传送模式两种DMA 传输。
