شبیه ساز دیسک USB. ایجاد یک درایو فلش مجازی در مثال برنامه OSFMount

توسعه دستگاه های مختلف بر اساس میکروکنترلرها یک درس ارزشمند این مرد کامپیوتر است. بدون شک، یک ترفند مفید از هر ابزار یک رابط USB برای اتصال به کامپیوتر خواهد بود. اما چه کاری باید انجام دهید اگر تراشه AVR پشتیبانی سخت افزاری USB را ارائه ندهید؟

V-USB: مسائل اندازه

هنگام توسعه گجت خود، اغلب با اتصال به کامپیوتر مواجه می شود. باید بگویم که پورت های LPT و COM در حال حاضر بر روی مادربردهای رایانه ای عجیب و غریب هستند، نه به ذکر لپ تاپ هایی که مدت ها پیش این رابط ها را ناپدید کرده اند. بنابراین، کامپیوترهای مدرن تقریبا هیچ جایگزینی برای رابط USB ندارند.

اگر منابع تراشه برای صد درصد استفاده شود، بهتر است بلافاصله به سمت دستگاه هایی با پشتیبانی سخت افزاری برای تایر متوالی جهانی نگاه کنید (چنین میکروکنترلرهای موجود در خط هر سازنده وجود دارد). در موارد دیگر، شما می توانید از نرم افزار USB استفاده کنید.

برای میکروکنترلرهای Atmel، یک پروژه فوق العاده V-USB وجود دارد که ارائه یک نرم افزار یک دستگاه USB 1.1 کم سرعت را ارائه می دهد. کد V-USB بر روی هر دستگاه AVR عمل می کند که دارای حداقل حافظه فلش 2 کیلو بایت و 128 بایت از RAM با فرکانس 12 است. 12.8؛ پانزده سال شانزده 16.8 یا 20 مگاهرتز.

استفاده از محصول ممکن است هر دو در داخل مجوز منبع باز GPL و بر اساس تجاری. به منظور توسعه دستگاه های USB خود، معمولا نیاز به خرید چیزی مانند مجوز دارید. اما بچه ها از V-USB از این موضوع مراقبت می کنند، با خرید یک زن و شوهر از شناسه فروشنده - شناسه محصول و اجازه دادن به آنها برای استفاده از هر کسی که می خواهد.

اتصال سخت افزاری برای اتصال اتوبوس USB به میکروکنترلر بسیار ساده است. اگر دستگاه بیش از حد مصرف کند، می توان آن را مستقیما از تایر برقرار کرد (در نظر گرفته می شود که خط برق USB کامپیوتر قادر به پرداخت 500 مگاوات است). از آنجا که خطوط اطلاع رسانی (D + و D-) از سطح سیگنال 3.6 V استفاده می کنند، علاوه بر مقاومت های محدود کننده فعلی، تثبیت ها برای مطابقت با منطق تراشه 5 ولت مورد نیاز است. برای تعیین نوع اتصال، باید ولتاژ منبع را از طریق مقاومت 1.5 کیلو وات به D- خط بکشید.

جایگزین گزینه USB جفت شدن - ولتاژ منبع کنترل را با استفاده از تراشه تثبیت کننده مناسب یا فقط یک جفت دیودها کاهش دهید. آخرین طرح را می توان در سایت پروژه V-USB یافت.

برنامه نویس USBTINY

برای میکروکنترلرهای AVR، برنامه نویسان مختلفی وجود دارد. Usbetiny در اینجا ذکر شده است، به ویژه، به دلیل آن شامل یک نرم افزار USB است که مشابه با V-USB است. طرح این برنامه نویس ساده است: نسخه 2 شامل دو تراشه است، و اولین نسخه تنها یک (Attiny2313 خود) است. با توجه به شرح مفصلی در سایت و اجزای ساده، دستگاه حتی یک مبتدی آسان است. USBTINY سازگار با برنامه محبوب Avrdude است که برای برنامه ریزی میکروکنترلرهای AVR استفاده می شود.

تنها مشکل این است که سیستم عامل را در تراشه برنامه نویسان پر کنید - برای این شما نیاز به برنامه نویس دارید. اگر یک کامپیوتر با پورت LPT وجود داشته باشد، می توانید یکی از گزینه های FBPRG AKA را "پنج سیم کشی"، که آهن است، ایجاد کنید

پخت و پز سورتز

ابزارهای نرم افزاری مورد نیاز برای پیاده سازی ساده ترین سیستم عامل USB Gadget، فوق العاده Ascetic: Compiler GCC-AVR، کتابخانه AVR-Libc، برنامه نویس AvRDede و Binutils برای AVR تنظیم شده است. در دبیان / اوبونتو، همه چیز شما نیاز به یک فرمان است:

$ sudo apt-get نصب Avrdude Binutils-AVR GCC-AVR AVR-Libc

در فضاهای بی حد و حصر اینترنت، آسان است برای پیدا کردن یک راهنمای بسیار دقیق در V-USB و Libusb (به زبان انگلیسی) آسان است. بر اساس این کتابچه راهنمای کاربر، برای اضافه کردن پشتیبانی USB به پروژه شما باید یک پوشه USBDRV از آرشیو با آخرین نسخه V-USB داشته باشید. ریشه این پوشه دارای یک پیکربندی USBConfig-Protype.h است. شما باید یک کپی از این فایل را با تماس با آن usbconfig.h. بعد - صحیح usbconfig.h، مشخص کردن پورت (D)، خطوط که برای I / O استفاده می شود، به طور مستقیم شماره D + (2) و D- (3) خط، و فرکانس (12 مگاهرتز) در کدام تراشه کار می کند (attiny2313):

#define USB_CFG_IOPORTNAME D #DEFINE USB_CFG_DMINUS_BIT 3 #DEFINE USB_CFG_DPLUS_BIT 2 #define USB_CFG_CLOCK_KHZ 12000

برای استفاده از مجوز V-USB برای دستگاه، شناسه های عددی تولید کننده و دستگاه نیازی به تغییر ندارند. اما نام های شخصیت را می توان به سلیقه خود انتخاب کرد (به شما این امکان را می دهد که دستگاه های متعدد را بر اساس V-USB متصل به همان کامپیوتر متمایز کنید):

#define usb_cfg_vendor_id 0xc0، 0x16 #define usb_cfg_device_id 0xDC، 0x05 #define usb_cfg_vendor_name "n"، "e"، "t"، "t"، "4"، "g"، "e"، "e"، "k" ، "S"، "."، "C"، "O"، "M" #define usb_cfg_vendor_name_len 14 #define usb_cfg_device_name "u"، "s"، "b"، "e"، "x"، "a" ، "m"، "p"، "l"، "e" #define usb_cfg_device_name_len 10

انواع ابزارهای مختلف

آیا ایده ای از دستگاه دارید؟ عجله نکنید به لحیم کاری و رفتن، و نگاه کنید، شاید کسی قبلا این کار را انجام داده است. اگر امکان استفاده از طرح های آماده شده و منابع وجود نداشته باشد، حداقل شما مجبور نیستید همه چیز را از ابتدا شروع کنید.

به عنوان مثال، پروژه V-USB به لطف سیاست مجاز، یک پایگاه مناسب برای راه حل های آماده شده (از جمله آزادانه توزیع شده) انباشته شده است. در اینجا شما می توانید پیاده سازی های مختلف صفحه کلید، آداپتورهای USB برای جوی استیک ها، Gamepads (از جمله نادر، مانند SNES / NES، Nintendo 64، Joystick طیف ZX، سونی پلی استیشن 1/2) و مانند آن را پیدا کنید. آداپتورهای DMX، COM و UART، I2C، پورت های سروو، رابط های بی سیم DCF77، IR - همه چیز که دستگاه های جدید بیشتری را به کامپیوتر متصل می کند. Loggers، سیستم عامل های سنسورها و سنسورها، آداپتورهای صفحه نمایش LCD، برنامه نویسان و لودرها نیز ممکن است در اقتصاد مفید باشند.

برنامه تراشه ابتدایی است!

هنگامی که تعامل با اتوبوس USB، کامپیوتر دستگاه اصلی است که به صورت دوره ای پیام های پیام رسانی را ارسال می کند. به ترتیب کنترل کننده، تحت تأکید قرار می گیرد و باید به درخواست ها پاسخ دهد. فرمت پیام کنترل توسط ساختار USBREQUREQUT_T از فایل USBDRV.H تعیین می شود:

Typedef Struct USBRequest (Uchar Brequest: Uchar Brequest؛ usbword_t wvalue؛ usbword_t windex؛ usbword_t wlength؛) usbrequest_t؛

یک فایل main.c را در یک سطح با یک پوشه USBDRV ایجاد کنید و فایل های هدر، تعاریف و متغیرها را توضیح دهید:

#عبارتند از. #عبارتند از. #عبارتند از. #include "usbdrv.h" #define f_cpu 12000000L // فرکانس mk #include #define data_out 1 // ارسال #define data_in 2 // دریافت دستور // static uchar rasporbuf \u003d "hello world!" buffer؛ static uchar atalength \u003d 0، datareceived \u003d 0؛

در main.c، عملکرد USBFuctionSetion را لغو می کند، که به طور خودکار پس از دریافت درخواست جدید نامیده می شود:

داده های Urb_Public Urchar (USBREQURREQURREQURET_T * RQ \u003d (VOID *) داده ها؛ سوئیچ (RQ-\u003e BREQUEST) (CASE DATA_OUT: / / پردازش usbmsgptr \u003d ramentbuf data command اندازه بافر: // پردازش داده پردازش \u003d (uChar) پردازش داده ها rq-\u003e wlength.word؛ // دریافت طول dataReceived \u003d 0؛ // USBFFUNTINEWRITE تماس ها زیادی وجود خواهد داشت اگر (Datal Gength\u003e Sizeof (Replybuf)) // بر روی overflow datalength \u003d sizeof (replybuf) را بررسی کنید بازگشت USB_NO_MSG؛ // بازگشت 255) بازگشت 0؛)

همانطور که از لیست دیده می شود، ساده ترین راه برای ارسال داده ها به کامپیوتر، تعیین مقدار اشاره گر USBMSGPTR به بافر RAM (REPYBUF)، جایی که داده ها قرار دارد و سپس آن را به طول برگرداند. اندازه بافر نباید بیش از 254 بایت باشد. برای attiny2313 با 128 بایت از RAM، این کافی است. برای دستگاه های کاربردی بیشتر، راه دوم وجود دارد - عملکرد USBFUnectionRead را لغو کنید.

برای دریافت اطلاعات، ابتدا، شما باید طول پیام را از فیلد پرس و جو WLENGTH در فیلد WLENGTH طول آن حذف کنید و آن را در متغیر جهانی DataRength ذخیره کنید. ثانیا، در main.c، لازم است که تابع USBFFunctionWrite طراحی شده برای پردازش داده های به دست آمده و به صورت خودکار (و به وضوح چندین بار) را لغو کنیم، اگر USBFUNTUCTIONSETEP مقدار USB_NO_MSG را بازبینی کند (255):

usb_public uchar * داده ها، UChar Len (Uchari I؛ // بخش داده به دست آمده به مبلغ (I \u003d 0؛ داده شده است< dataLength && i < len; i++, dataReceived++) replyBuf = data[i]; return (dataReceived == dataLength); }

در واقع، عملکرد USBFFunctionWrite در این واقعیت است که با استفاده از داده های به دست آمده، بافر RELOPYBUF را پر می کند.

به هر حال، برای کار این روش، شما باید تغییرات را به usbconfig.h تغییر دهید:

#define usb_cfg_implement_fn_write 1.

خوب، آخرین عملکرد سیستم عامل - اصلی:

int main () (usbinit ()؛ // USB USB USBDEVICENCONECT ()؛ // دستگاه SEI () را وصل کنید؛ // اجازه وقفه ها // در یک چرخه بی نهایت برای صبر کردن پیام های کنترل در حالی که (1) USBPOLL ()؛ بازگشت 0؛)

ما از USART / UART استفاده می کنیم

یک جایگزین خوب برای نرم افزار / سخت افزاری USB با استفاده از یک رابط کاربری محبوب USART / UART با یک مبدل شخص ثالث از این پروتکل در USB است که می تواند به عنوان مثال بر اساس تراشه FT232RL انجام شود.

Libusb: و نه لباس، و نه برهنه

شما می پرسید: آیا شما باید یک راننده برای یک سیستم عامل کامپیوتر برای اتصال یک دستگاه USB بنویسید؟ اگر از libusb استفاده می کنید، می توانید بدون اجرای یک ماژول هسته کامل کامل انجام دهید. LibusB یک کتابخانه منبع باز است که به شما اجازه می دهد تا به سرعت برنامه را برنامه ریزی کنید، در ابتدا، یک دستگاه را در اتوبوس جستجو کنید، و دوم - مبادله داده ها با آن.

تحت کتابخانه لینوکس و فایل های هدر ضروری را می توان از کد منبع بدست آورد. و بهتر است از مخزن استاندارد توزیع خود استفاده کنید. برای مثال، برای دبیان / اوبونتو، بنابراین:

$ sudo apt-get libusb-dev

همچنین یک پورت Libusb تحت ویندوز وجود دارد - Libusb-Win32. بر خلاف نام پروژه، سیستم عامل 64 بیتی از مایکروسافت نیز پشتیبانی می شود (از نسخه 1.2.0.0 شروع می شود).

اما Libusb موضوع مکالمه جداگانه است. من فکر می کنم با برنامه نویسی برای کامپیوتر شما می دانید و شما می توانید آن را کشف کنید. بنابراین، من کوتاه خواهم بود. یک فایل USBTest.c ایجاد کنید و شروع به پر کردن آن با محتوا کنید. اول، فایل های هدر و تعاریف ضروری:

#عبارتند از. [...] // برای کامپیوتر، معنای دستورات معکوس شده است، // اما نمادها باقی می ماند #define data_out 1 #define data_in 2

عملکرد USBOPEMDEVICE برای راه اندازی دستگاه:

usb_init ()؛ // ابتدا USB usb_find_busses ()؛ // پیدا کردن usb_find_devices () لاستیک؛ // پیدا کردن دستگاه ها / // رده همه لاستیک ها برای (bus \u003d usb_get_busses ()؛ اتوبوس؛ اتوبوس؛ اتوبوس \u003d bus-\u003e next) (/ / بیش از همه دستگاه های موجود در (dev \u003d bus-\u003e devics؛ dev؛ dev \u003d dev-\u003e بعد) (// / / اگر شناسه های فروشنده و محصولات مطابقت نداشته باشند ... اگر (dev-\u003e توصیفگر.idvendor! \u003d فروشنده || dev-\u003e توصیفگر. محصولات محصول ادامه دهید! // ... این تکرار را امتحان کنید // سعی کنید یک توصیفگر دستگاه را دریافت کنید ((house \u003d usb_open (dev)) (fprintf (stderr، "٪ s \\ n"، USB_STROROR ())؛ ادامه؛) بازگشت دسته؛ // بازگشت یک توصیفگر) / / دستگاه بازگشت به بازگشت null؛

همانطور که دیده می شود، پارامترهای USBopeendevice، شناسه های عددی تولید کننده و دستگاه ها هستند. اگر دستگاه در اتوبوس حضور داشته باشد، توصیفگر آن بازگشته است. اگر دستگاه های V-USB تا حدودی - شما باید اسکن نام نمادین فروشنده و محصول را اضافه کنید.

و Usbetest Console Console تابع اصلی:

Int Main (int argc، char ** argv) (// usb_dev_handle * handle \u003d null؛ int nbytes \u003d 0؛ char buffer؛ // ما به دنبال یک دستگاه دسته \u003d USBopendevice (0x16c0، 0x05dc)؛ اگر (دسته \u003d \u003d null) (fprintf (stderr "، دستگاه USB را نمی توان پیدا کرد! \\ n")؛ خروج (1)؛) // argument - دریافت اطلاعات از اگر "strcmp (argv، out") \u003d\u003d 0) (nbytes \u003d USB_CONTROL_MSG (دستگیره، USB_TYPE_VENDOR | USB_RECIP_DEVICE | USB_ENDPOINT_IN، DATA_OUT، 0، 0، Char *) بافر، اندازه (بافر)، 5000)؛ printf ("٪ d٪ bytes:٪ s \\ n"، nbytes، buffer)؛ // استدلال در - ارسال یک رشته (آرگومان بعدی)) else (strcmp (argv، argc\u003e 2) (nbytes \u003d usb_control_msg (دسته، USB_TYPE_VENDOR | USB_RECIP_DEVICE | USB_ENDPOINT_OUT، DATA_IN، 0، 0، ARGV ، Strlen (argv) +1، 5000)؛) اگر (nbytes< 0) fprintf(stderr, "%s\n", usb_strerror()); usb_close(handle); // Закрыть дескриптор return 0; }

در اینجا توپ تابع USB_CONTROL_MSG را قوانین می کند که در فایل USB شامل می شود. این یک دسته از پارامترها دارد و در واقع این پیام های کنترل را ایجاد می کند، پردازش آن در سیستم عامل میکروکنترلر اجرا می شود.

Proteus استراحت می کند

شبیه ساز محبوب شبانه از طرح های الکتریکی Proteus ISIS در هنگام توسعه دستگاه های پیاده سازی نرم افزار USB بی فایده است. شبیه ساز USB آن تنها تراشه ها را با پشتیبانی سخت افزاری برای تایر سریال جهانی (به عنوان مثال AT90USB646 یا AT90USB1286) پشتیبانی می کند.

ما جمع آوری، ما فلش، تست

در زیر یک makefile کوچک، اما بسیار مفید است که فرمان اصلی از Main.C و USBTest.c آسان است برای دریافت سیستم عامل برای تراشه - اصلی. Hex و Binar از Usbetest Utility:

cc \u003d avr-gcc objcopy \u003d avr-objcopy cflags \u003d -wall-os -iusbdrv -mmcu \u003d attiny2313 objflags \u003d -j .text -j .o main.o cmdline \u003d USBTEST # هدف: جمع آوری همه: main.hex $ (cmdline) # مونتاژ نرم افزار کامپیوتر $ (cmdline): USBTEST.c GCC -I ./Libusb/include -l ./libusb/ LIB / GCC -O -WALL USBTEST.C -O USBTEST -LUSB # پروژه پاک از کد پاک باینری: $ (RM) * .o * .HEX * .elf USBDRV / *. O # دریافت فایل سیستم عامل از elf فایل٪. هگز:٪ .elf $ (objcopy) $ (objflags) $< [ایمیل محافظت شده] # مونتاژ فایل ELF main.elf: $ (اشیاء) $ (cc) $ (cflags) $ (اشیاء) -o [ایمیل محافظت شده] # مونتاژ V-USB $ کتابخانه (اشیاء): USBDRV / USBCONFIG.H # C به Object Code٪ .O:٪ .c $ (CC) $ (CFLAGS) -c $< -o [ایمیل محافظت شده] # ASM در کد Object٪ .O:٪ .s $ (CC) $ (CFLAGS) -x Assembler-with-CPP -C $< -o [ایمیل محافظت شده]

برای ریختن سیستم عامل به یک میکروکنترلر با استفاده از برنامه نویس USBTINY، نوع:

$ sudo avrdude -p t2313 -c usbetiny -e-u فلش: w: main.hex: i -u lfuse: w: 0xef: m

در Avrdude، فیوز ها بسیار به وضوح تعریف نشده اند، اما آنها را می توان به راحتی در یکی از ماشین حساب های آنلاین محاسبه کرد.

ما دستگاه را به کامپیوتر وصل می کنیم و بررسی می کنیم که چگونه کار می کند (USBTEST با پارامتر OUT رشته را می خواند، در - رشته مشخص شده را به بافر تراشه می نویسد):

$ sudo/usbetest در all_ok $ sudo ./usbtest خارج

قاشق قارچ

نرم افزار USB Panacea نیست. پیاده سازی های نرم افزاری معمولا تعدادی ساده ای دارند، مانند عدم بررسی چکمه و تقارن کانال، که بر ایمنی سر و صدا تاثیر می گذارد. همچنین، معمولا کتابخانه های نرم افزاری از حالت های USB کم سرعت استفاده می کنند. بله، و کد کتابخانه USB "می خورد" و بدون حافظه کوچک تراشه.

پازل ...

در سطح منطق، پروتکل USB، در واقع، اطلاعات بسته اطلاعات چند سطح است. این مشکل نیست که مطمئن شوید (و در عین حال در مورد USB بسیار جالب توجه است)، با استفاده از آنالایزر پروتکل های شبکه Wireshark. قبلا درایور مانیتور USB را دانلود کرده اید:

$ sudo modprobe USBMON

در حال حاضر در لیست رابط Wireshark، شما می توانید اتوبوس USB را انتخاب کنید. مشاهده شماره دستگاه تایر می تواند، به عنوان مثال، در سیاهههای مربوط.

نتیجه

من امیدوارم پس از آموختن اطلاعات بین رایانه و میکروکنترلر AVR، اشتیاق شما برای الکترونیک با یک نیروی جدید بیدار می شود، بسیاری از دستگاه های اصلی و مفید را پرورش می دهد. این تنها برای موفقیت در این زمینه پیچیده، اما جالب است.