C语言来实现单片机对U盘的操作-

1、Electronic Component &Device Applications第10卷第3期 0引言随着U 盘技术的迅速发展,单片机海量存储选用U 盘已经成为大家的首选。而如何让单片机像在WINDOWS 下识别FAT 文件系统那样识别U 盘并进行随意读写呢?本文针对这一情况,给出了如何在嵌入式系统中利用CH375实现单片机对U 盘进行读写操作的具体方法。1CH375的主要特点其实,单片机读写U 盘主要是找到USB 总线接口芯片,而CH375就是一个非常好用的芯片USB 接口,它的主要特点如下:全速USB -HOST 主机接口,兼容USB V2.0,外围元器件只需要晶体和电容;可全速

2、动态切换主机与设备;主机端点有输入和输出缓冲区各64字节,可支持常用的12Mbps 全速USB 设备;支持USB 的控制、批量和中断传输;可自动检测USB 设备的连接和断开,并提供设备连接和断开的事件通知;内置控制传输的协议处理器,可简化常用的控制传输;内置固件处理海量存储设备的专用通讯协议,可支持B ulk-Only 传输协议和SCSI 、UFI 、RBC 或等效命令集的USB 存储设备(包括USB 硬盘/USB 闪存盘/U 盘;可通过U 盘文件级子程序库实现单片机读写USB 存储设备中的文件。并行接口包含8位数据总线,其中4线控制包括读选通、写选通、片选输入、中断输出等;串行接口包含串行输

3、入、串行输出、中断输出,支持通讯波特率动态调整;可支持5V 电源电压和3.3V 电源电压,此外,CH375A 芯片还支持低功耗模式;采用SOP-28封装。2FAT 文件系统由于绝大部分单片机海量存储系统最终会与Windows 操作系统计算机交换数据,所以,为了方便数据交换,U 盘中的数据应该符合Windows 文件系统格式。常用的FAT 文件系统有FAT12、FAT16、FAT32等,U 盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为以下几部分:(1主引导记录(MBR实际上,在总共512字节的主引导扇区中,MBR 只占用了其中的446字节,另外的64字节交给了DPT (Disk Partition

4、 Table 盘分区表,最后两字节“55AA ”是分区的结束标志。(2系统引导记录(DBR包括一个引导程序和一个被称为BPB (BiosParameter Block的本分区参数记录表,在BPB 参数记录表里包含着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、根目录大小、FAT 个数、分配单元的大小等重要参数。(3文件分配表(FAT文件分配表是DOS 文件组织结构的主要组成收稿日期:2007-09-05用C 语言来实现单片机对U 盘的操作程序,张毅(南瑞集团公司,江苏南京210003摘要:介绍了在嵌入式系统中利用CH375对U 盘进行读写的实现方法;同时介绍了USB 总线接口芯片CH375的主要特

5、点及FAT 文件系统的组成。给出了USB 的接口电路和软件流程。关键词:USB-HOST ;FAT 文件系统;CH37564 第10卷第3期2008年3月FAT ,找到第一个可用簇,便将该空间分配给文件,同时将该簇的簇号填到目录的相应段,以形成“簇号链”,FAT 就是记录文件簇号的一张表。(4文件目录表(FDT文件目录区是DOS 文件组织结构的又一重要组成部分,文件目录分为两类:根目录和子目录。其中根目录有一个,子目录可以有多个,DOS 为目录项分配了32字节,它包含文件名、扩展名、文件属性、时间日期、文件的开始簇号和文件长度等重要信息。(5数据区(DATA数据区是真正存储数据的地方。3USB

6、 读写的硬件设计本设计采用CH375的并行接口来完成对U 盘的操作,它使用8位双向数据总线D7D0、读选通输入脚RD 、写选通输入脚WR 、片选输入脚CS 、中断输出脚INT 以及地址输入脚A0。CH375芯片的RD 和WR 可以分别连接到单片机的读选通输出引脚和写选通输出引脚。CS 由地址译码电路驱动,用于在单片机具有多个外围器件时进行设备选择。INT 输出的中断请求是低电平有效,可以连接到单片机的中断输入引脚或者普通I/O 引脚,单片机可以使用中断方式或者查询方式来获知中断请求。当WR 为高电平并且CS 和RD 及A0都为低电平时,CH375中的数据将通过D7D0输出;当RD 为高电平并且

7、CS 和WR 及A0都为低电平时,D7D0上的数据将被写入CH375芯片中;即当RD 为高电平并且CS 和WR 都为低电平但A0为高电平时,D7D0上的数据被作为命令码写入CH375芯片中。单片机与CH375的并行接口电路如图1所示。CH375芯片复位期间,TXD 引脚用于选择通讯接口。若CH375在复位期间检测到TXD 引脚为低电平,则启用并行接口,否则启用串行接口。由于本设计中采用的是并行方式,所以,将CH375的TXD 引脚直接接地。USB 总线包括一对5V 电源线和一对数据信号线。USB 插座J1可以直接接USB 设备,也可以在提供给USB 设备的+5V 电源线上串接具有限流作用的快速

8、电子开关,但USB 电源必须为5V 。电容C4用于CH375内部电源节点的退耦,C4是容量为0.01F 的独石或高频瓷片电容。如果对EMI 没有要求,那么可以省掉C4;电容C5和C6用于外部电源退耦,C5应选择容量为0.1F 的独石或高频瓷片电容;晶体Y1、电容C1和C2用于CH375的时钟振荡电路;USB-HOST 主机方式要求时钟频率比较准确,Y1的频率是12MHz ±0.4,C1和C2是15pF 的独石或高频瓷片电容。如果电源上电过程较慢且电源断电后放电时间较长,那么CH375将不能可靠复位,可以在RSTI 引脚与VCC 之间跨接一个容量(为0.47F 的电容C3,同时可以减少

9、干扰。4软件设计通过USB 主控芯片对U 盘进行操作的主要工作量在软件方面,它需要对众多规范、协议进行透彻理解。一般情况下,单片机或嵌入式系统处理USB 存储设备的文件系统需要实现如图2所示的4个层次,但如果USB 主控芯片选用CH375则要 图1单片机与CH375的并行接口电路设计参考65 Electronic Component &Device Applications第10卷第3期2008年3月 简单得多,因为它内置了处理Mass-Storage 海量存储设备的专用通讯协议固件,外部单片机可以直接以扇区为基本单位来读写常用的U 盘,所以,实际的单片机程序只需要处理图2最上层的FA

10、T 文件系统层,而且即使这一层也可以由CH375的U 盘文件级子程序库来实现。不过,应用厂家提供的U 盘文件级子程序库固然能为程序编写提供很大方便,但仍需要调整单片机以适应它们的设置,这个过程也是很麻烦的。由于单片机的程序空间有限,利用U 盘文件级子程序库会使程序空间变得更紧张,而由自己编写文件系统处理程序,不但能有效节省单片机资源,而且能灵活的想怎么升级就怎么升级。单片机读写U 盘的关键问题是找到目标扇区,一般可先找到FAT 表,读出有用的数据,再根据这些数据计算出文件所在的簇,然后根据簇和扇区的数学关系找到文件的扇区,这样就可以随心所欲地读写一个扇区(512B了。4.1USB 初始化软件设

11、计时,应先初始化CH375,以设置其工作模式,让其工作在USB 主机方式:WR_CMD_PORT (SET_USB_MODE;/设置模式WR_DAT_PORT (6;/主机模式初始化U 盘实际就是识别U 盘的类型,该操作不影响U 盘中的数据,但在所有读写操作之前必须进行此步骤:WR_CMD_PORT (DISK_INIT;/*初始化USB 存储器*/Status =WaitInterrupt (;/*等待中断并获取状态*/之后,还应当初始化U 盘里的文件格式:ReadBPB (;/读U 盘系统引导记录(DBR 里的BPB 表通过读BPB 表可以获取每扇区字节数、每簇含扇区数、FAT 表起始地址

12、、FAT 表个数、根目录个数、根目录所占扇区数、FDT 表起始地址、DATA 区起始地址、FAT 类型等等重要信息。4.2文件操作要将单片机系统的数据导入到U 盘,而且能直接被计算机识别,所要做的工作有下面几步:(1创建文件目录CreatFile (即创建文件目录里的文件名、扩展名、文件属性、时间日期、文件的开始簇号和文件长度。(2写文件WriteFile (写入新文件时,需在FAT 表中查找未使用的簇,并将该簇号写入文件所对应的目录数据结构中的文件开始簇号位置;当文件长度大于一簇时,还需在FAT 表中的对应起始簇号位置填入下一可用簇的簇号,直到文件的最后一簇。(3更新文件目录ModifyCatolog (;文件写完后,目录数据结构里有些项可能需要更改,如文件长度等。而将外面的数据通过USB 导入到单片机系统的步骤如下:(1搜索文件SearchFile (通过搜索文件目录可以找到所要读的文件的开始簇号、文件长度等重要信息。(2读文件ReadFile (读文件时,可将文件开始簇号转为扇区号,并读出扇区号对应的数据,若文件长度不止一簇,应根据前一簇号找到其链节簇,然后再将链节簇转换为扇区号并读出