Émulateur de disque USB. Création d'un lecteur flash virtuel sur l'exemple du programme OSFMount

Le développement de divers appareils basés sur les microcontrôleurs est une leçon digne de cet ordinateur. Sans aucun doute, une astuce utile de n'importe quel gadget sera une interface USB pour se connecter à un ordinateur. Mais que faire si la puce AVR ne fournit pas de support matérielle USB?

V-usb: taille compte

Lors du développement de votre propre gadget, il est souvent confronté à sa connexion à l'ordinateur. Je dois dire que les ports LPT et COM sont maintenant exotiques sur des cartes mères PC, sans parler des ordinateurs portables qui ont disparu ces interfaces il y a longtemps. Par conséquent, les ordinateurs modernes n'ont presque aucune alternative à l'interface USB.

Si les ressources de la puce sont utilisées pour cent pour cent, il est préférable de rechercher immédiatement les périphériques avec support matériel pour le pneu séquentiel universel (ces microcontrôleurs sont présents dans la ligne de tout fabricant). Dans d'autres cas, vous pouvez utiliser le logiciel USB.

Pour les microcontrôleurs de l'Atmel, il existe un magnifique projet V-USB qui offre une implémentation logicielle d'un périphérique USB 1.1 à basse vitesse. Le code V-USB fonctionnera sur n'importe quel périphérique AVR, qui comporte au moins 2 Ko mémoire flash et 128 octets de RAM, avec une fréquence d'horloge 12; 12.8; quinze; seize; 16,8 ou 20 MHz.

L'utilisation du produit est possible à la fois dans la licence open source GPL et sur une base commerciale. Afin de développer vos propres périphériques USB, vous devez généralement acheter quelque chose comme une licence. Mais les gars de V-usb s'occupaient de cela en achetant un couple d'identifiant de fournisseur - ID de produit et en leur permettant d'utiliser quiconque le souhaite.

La liaison matérielle pour connecter le bus USB au microcontrôleur est très simple. Si l'appareil ne consomme pas trop, il peut être alimenté directement dans le pneu (on considère que la ligne d'alimentation USB de l'ordinateur est capable de donner jusqu'à 500 mA). Étant donné que des lignes d'information (D + et D-) utilisent le niveau de signal de 3,6 V, en plus des résistances de limitation de courant, des stabilidations sont nécessaires pour correspondre à la logique de puces 5 volts. Pour désigner le type de connexion, vous devez "extraire" la tension d'alimentation à travers la résistance de 1,5 kΩ à la ligne D-.

Alternative à l'option de jumelage USB - Réduisez la tension d'alimentation du contrôleur au moyen d'une puce de stabilisation appropriée ou d'une paire de diodes. Le dernier schéma est disponible sur le site du projet V-USB.

Programmeur USBTIDY

Pour les microcontrôleurs AVR, il existe de nombreux programmeurs différents. L'USBTIDY est mentionné ici, en particulier, car il contient un logiciel USB implémentant de la même manière à V-USB. Le schéma de ce programmeur est simple: la version 2 contient deux puces et la première version n'est qu'une (Attich2313 elle-même). En raison de la description détaillée sur le site et des composants simples, l'appareil est facile à fabriquer même un débutant. L'USBTINY est compatible avec le programme AVRDUDE populaire utilisé pour programmer les microcontrôleurs AVR.

Le seul problème est de remplir le micrologiciel dans la puce de programmeur - pour cela, vous devez ... programmer. S'il y a un ordinateur avec le port LPT, vous pouvez faire l'une des options FBPRG AKA "Five Câblage", qui est du fer

Traîneaux de cuisson

Outils logiciels requis pour mettre en œuvre le micrologiciel de gadget USB le plus simple, extrêmement ascétique: Compilateur GCC-AVR, Bibliothèque AVR-LIBC, Programmeur AVRDEDE et Binutils Set pour AVR. Dans Debian / Ubuntu, tout ce dont vous avez besoin est défini par une commande:

$ sudo apt-get installer AVRDUDE BINUTILS-AVR GCC-AVR AVR-LIBC

Sur les espaces Internet sans bornes, il est facile de trouver un guide très détaillé sur V-USB et libusb (en anglais). Selon le manuel, ajouter une prise en charge USB au projet, vous aurez besoin d'un dossier USBDRV de l'archive avec la dernière version V-USB. La racine de ce dossier a un modèle de configuration USBConfig-prototype.h. Vous devez effectuer une copie de ce fichier en l'appelant USBConfig.h. Suivant - CORRECT USBCONFIG.H, spécifiant le port (D), dont les lignes seront utilisées pour des E / S, directement le nombre D + (2) et D- (3), et la fréquence (12 MHz) sur que la puce fonctionne (ATTINY2313):

#Define usb_cfg_ioportname d #define usb_cfg_dminus_bit 3 #define usb_cfg_dplus_bit 2 #define usb_cfg_clock_khz 12000

Pour tirer parti de la licence V-USB pour le périphérique, les identificateurs numériques du fabricant et de l'appareil n'ont pas besoin d'être modifiés. Mais les noms de caractère peuvent être sélectionnés à votre goût (ils vous permettront de distinguer plusieurs périphériques basés sur V-USB connectés au même ordinateur):

#Define usb_cfg_vendor_id 0xc0, 0x16 #define usb_cfg_device_id 0xdc, 0x05 #define usb_cfg_vendor_name "N", "T", "T", "S", "G" "," E "," K "," K " , "S", ".", "C", "o", "m" #define usb_cfg_vendor_name_len 14 #define usb_cfg_device_name "u" "," B "," E "," X "," A "," A " , "M", "p", "l", "e" #define usb_cfg_device_name_len 10

Une variété de gadgets

Avez-vous une idée de certains appareils? Ne vous précipitez pas pour souder et aller et regarder, peut-être que quelqu'un a déjà fait cela. S'il n'est pas possible d'utiliser des schémas et des sources prêtes à l'emploi, alors au moins vous n'avez pas besoin de tout démarrer à partir de zéro.

Par exemple, le projet V-USB grâce à la politique autorisée a accumulé une base décente de solutions prêtes à l'emploi (y compris librement distribuées). Ici, vous trouverez ici diverses implémentations de clavier, des adaptateurs USB pour les joysticks, des gamesPads (y compris rares, tels que SNES / NES, Nintendo 64, ZX Spectrum Joystick, Sony PlayStation 1/2) et similaires. Adaptateurs DMX, com et UART, I2C, ports Servo, interfaces sans fil DCF77, IR - Tout ce qui permettra de connecter plus de nouveaux périphériques à PC. Les enregistreurs, les plates-formes de capteurs et capteurs, adaptateurs pour écrans LCD, programmeurs et chargeurs peuvent également être utiles dans l'économie.

Le programme de puce est élémentaire!

Lors de l'interaction sur le bus USB, l'ordinateur est l'appareil principal qui envoie périodiquement des messages de messagerie de contrôle. Le contrôleur, respectivement, subordonné et doit répondre aux demandes. Le format de message de contrôle est déterminé par la structure USBREQUEST_T à partir du fichier USBDRV.H:

Typedeft struct USBrequest (Uchare Brequest: Uchare Brequest; USBWord_t WValue; USBWord_t Windex; USBWord_t Wltength;) USBREQUEST_T;

Créez un fichier principal.c à un niveau avec un dossier USBDRV et décrivez les fichiers d'en-tête nécessaires, les définitions et les variables:

#Inclure. #Inclure. #Inclure. #include "usbdrv.h" #define f_cpu 12000000L // fréquence mk #include #Define data_out 1 // Envoyer #define data_in 2 // Recevoir la commande // statique UCHAR ReplyBuf \u003d "Hello World!" Tampon; Uchar DataLength \u003d 0, DataReceived \u003d 0;

Dans Main.c, remplacez la fonction USBFonctionsConctionSEUP, qui est automatiquement appelée à la réception d'une nouvelle demande:

USB_Public Uchare Data (USBREQUEST_T * RQ \u003d (VOID *) Données; Commutateur (RQ-\u003e BREQUEST) (CAS DATA_OUT: // Traitement de la commande USBMSGPTR \u003d RépondreBUF Commande de données; // Spécifier la taille de la tampon de retour de la mémoire tampon (Réponsebuf); / / renvoyer data_in Taille de la mémoire tampon: // Traitement DataLength \u003d (Uchar) Traitement des données RQ-\u003e WLENGTH.WORD; // Obtenir la longueur DataReceiveived \u003d 0; // Les appels USBFonctionwrite Il y aura beaucoup de si (DataLength\u003e Tailleof (ReplyBuf)) // Vérifiez sur la longueur d'accès de débordement \u003d Tailleof (Répondrebuf); renvoyer USB_NO_MSG; // Retour 255) Retournez 0;)

Comme on peut le voir à partir de la liste, le moyen le plus simple d'envoyer des données à l'ordinateur consiste à définir la valeur du pointeur USBMSGPTR sur le tampon RAM (Répondrebuf), où les données sont situées, puis le renvoient à la longueur. La taille de la mémoire tampon ne doit pas dépasser 254 octets. Pour Attichy2313 avec ses 128 octets de RAM, cela suffit. Pour plus de périphériques fonctionnels, il y a une seconde manière - remplacez la fonction USBFunectionRead.

Pour obtenir les données, vous devez d'abord supprimer la longueur du message du champ de requête Wlength dans le champ Longueur et enregistrez-le dans la variable globale de la longueur de données. Deuxièmement, dans Main.c doit remplacer la fonction USBfonctionwrite conçue pour traiter les données obtenues et l'appelée automatiquement (et évidemment plusieurs fois) si l'USBFonctionSetup renvoie la valeur de USB_NO_MSG (255):

USB_Public Uchar * DATA, UCHAR LEN (UCHAR I; // Enregistrez la partie de données obtenue à la (i \u003d 0; Datarçue< dataLength && i < len; i++, dataReceived++) replyBuf = data[i]; return (dataReceived == dataLength); }

En réalité, la fonction USBFUNCTIONWRITE est engagée dans le fait qu'elle remplit le tampon Répondrebuf avec les données obtenues.

Au fait, pour travailler cette méthode, vous devez apporter des modifications à usbconfig.h:

#Define usb_cfg_implément_fn_write 1.

Eh bien, la dernière fonction de firmware - principale:

Int Main () (USBinit (); // Initialiser USB USBDeviceconnect (); // Connectez le périphérique SEI (); // Autoriser les interruptions // dans un cycle infini pour attendre les messages de contrôle tandis que (1) USBPoll (); 0;)

Nous utilisons usart / uart

Une bonne alternative au logiciel / matérielle USB utilise une interface USART / UART populaire avec un convertisseur tiers de ce protocole en USB, qui peut être effectué, par exemple, sur la base de la puce FT232RL.

Libusb: Et pas habillé, et pas nu

Vous demandez: Devez-vous écrire un pilote pour un système d'exploitation informatique pour connecter un périphérique USB? Si vous utilisez libusb, vous pouvez faire sans implémenter un module de noyau à part entière. Libusb est une bibliothèque open source qui vous permet de programmer rapidement, d'abord, recherchez un périphérique dans le bus et d'autre part - l'échange de données avec elle.

Sous la bibliothèque Linux et les fichiers d'en-tête nécessaires peuvent être obtenus à partir du code source. Et il est préférable d'utiliser le référentiel standard de votre distribution. Pour Debian / Ubuntu, par exemple, donc:

$ sudo apt-get install libusb-dev

Il existe également un port libusb sous Windows - Libusb-Win32. Contrairement au nom du projet, le système d'exploitation 64 bits de Microsoft est également pris en charge (à partir de la version 1.2.0.0).

Mais librusb est un sujet de conversation séparé. Je pense avec la programmation pour PC que vous connaissez et vous pouvez le comprendre. Par conséquent, je serai bref. Créez un fichier USBTEST.C et commencez à le remplir avec du contenu. Premièrement, les fichiers d'en-tête nécessaires et définitions:

#Inclure. [...] // Pour l'ordinateur, la signification des commandes est inversée, // mais les symboles restent les mêmes #define data_out 1 #define data_in 2

Fonction USBOPEMDevice pour initialiser le périphérique:

USB_INIT (); // initialiser USB USB_FIND_BUSSES (); // trouve les pneus USB_Find_Devices (); // Trouver des périphériques // Side Tous les pneus pour (bus \u003d USB_GET_BUSSES (); bus; bus \u003d bus-\u003e suivant) (// surexploitation Tous les périphériques sur le (Dev \u003d Bus-\u003e Périphériques; Dev; Dev \u003d Dev-\u003e Suivant) (// Si le fournisseur et les identificateurs de produit ne correspondent pas ... si (dev-\u003e descriptor.idvendor! \u003d Vendeur || dev-\u003e descriptor.idproduct! \u003d Produit) Continuer; // ... Ignorer cette itération // Essayez d'obtenir un descripteur de périphérique si (! (Poignée \u003d USB_OPEN (DEV)) (FPRRTINF (STDRINTF (StDrintf (% S \\ N », USB_StrError ()); Continuer;) Retourne la poignée; // retourne un descripteur) / / périphérique non trouvé retour NULL;

Comme on peut le voir, les paramètres USBOREPENDEVICE sont les identificateurs et les appareils numériques du fabricant. Si l'appareil est présent dans le bus, son descripteur est renvoyé. Si les périphériques du V-usb seront un peu - vous devrez ajouter la numérisation des noms symboliques du fournisseur et du produit.

Et l'utilitaire de console USBTEST Fonction principale:

Int Main (int argc, char * ** argv) (// descripteur USB_Dev_handle * poignée \u003d null; int NBYtes \u003d 0; tampon de char; // Nous recherchons un périphérique de poignée \u003d USBOPENDEVICE (0x16C0, 0x05DC); si (gérer \u003d \u003d null) (fprintf (stardr, "Impossible de trouver un périphérique USB! \\ n"); sortie (1);) // Out Argument - Obtenez des données de si "STRCMP (ARGV, OUT") \u003d\u003d 0) (NBYTES \u003d USB_CONTROL_MSG (poignée, USB_TYPE_Vendor | USB_RECIP_Device | USB_ENDPOIND_IN, DATA_OUT, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, TAILOFOF (tampon), 5000); Printf ("got% d Bytes:% s \\ n", NBYtes, tampon); // Argument dans - envoyer une chaîne (argument suivant)) sinon si (STRCMP (argv, "in") \u003d\u003d 0 && argc\u003e 2) (NBYtes \u003d USB_CONTROL_MSG (Poignée, USB_TYPE_Vendor | USB_RECIP_DEVICE | USB_ENDPOIND_OUT, DATA_IN, 0, 0, ARGV , SHLEN (ARGV) +1, 5000);) Si (NBYTES< 0) fprintf(stderr, "%s\n", usb_strerror()); usb_close(handle); // Закрыть дескриптор return 0; }

Ici, la balle règne la fonction USB_CONTROL_MSG, qui est déclarée dans le fichier USB inclus. Il a un tas de paramètres et crée des messages de contrôle, dont le traitement est implémenté dans le micrologiciel du microcontrôleur.

Proteus repose

Simulateur bien-aimé nocturne des schémas électriques Proteus ISIS est inutile lorsque vous développez des appareils avec une mise en œuvre du logiciel USB. Son émulateur USB ne prend en charge que les puces avec support matériel pour le pneu de série universel (par exemple, AT90USB646 ou AT90USB1286).

Nous recueillons, nous flashons, test

Vous trouverez ci-dessous un petit fabricant, mais très utile, avec lequel la commande de marque de MAINT.C et USBTEST.C est facile à obtenir le firmware pour la puce - Main.Hex et la binar de l'utilitaire USBTest:

CC \u003d AVR-GCC Objcopy \u003d AVR-OBJCOPY CFLAGS \u003d -WALL -OS -IUSIUSBDRV -MMCU \u003d ATTINY2313 Objflags \u003d -J .text -O -O -O -O -O OBJETS \u003d USBDRV / USBDRV.O USBDRV / USBDRV / USBDRVASM .o Main.O cmdline \u003d USBTest # Objectif: Récupérez tous: Main.HEX $ (CMDLINE) # Assemblée d'un utilitaire d'ordinateur $ (CMDLINE): USBTEST.C GCC -I -I ./libusb/include -l ./libusb/ Lib / gcc -o -wall usbest.c-woo usbtest -Lusb # Clear Project à partir du code de nettoyage binaire: $ (RM) * .O * .hex * .WELF *. O # obtenir le fichier de micrologiciel d'un elfe Fichier%. Hex:% .FR $ (ObjCopy) $ (Objflags) $< [Email protégé] # Assemblage de fichier elfe principal.elf: $ (objets) $ (cc) $ (cflags) $ (objets) -O [Email protégé] # Assemblage V-USB $ Bibliothèque (Objets): USBDRV / USBCONFIG.H # C à code objet% .o:% .c $ (cc) $ (CFLAGS) -C $< -o [Email protégé] # ASM dans le code d'objet% .o:% .s $ (cc) $ (CFLAGS) -X assembleur-with-cpp -c $< -o [Email protégé]

Pour verser le firmware dans un microcontrôleur à l'aide du programmateur USBTINY, tapez:

$ sudo avrdude -p T2313 -C USBTYTINY -E -U -UL Flash: W: Main.Hex: I -u Lfuse: W: 0xf: m

À AVRDUDE, les fusibles ne sont pas très clairement définis, mais ils peuvent être facilement calculés dans l'une des calculatrices en ligne.

Nous connectons le périphérique à l'ordinateur et vérifiez comment cela fonctionne (USBTest With Out Paramètre lit la chaîne, écrit la chaîne spécifiée sur le tampon de puce):

$ sudo ./usbtest in all_ok $ sudo ./usbtest out

Une cuillère de goudron

Le logiciel USB n'est pas une panacée. Les implémentations logicielles ont généralement un certain nombre de simplifications, telles que l'absence de vérification de la somme de contrôle et de la symétrie du canal, qui affecte négativement l'immunité du bruit. De plus, généralement des bibliothèques de logiciels utilisent des modes USB à basse vitesse. Oui, et le code de la bibliothèque USB "mange" et sans la petite mémoire de la puce.

Peep ...

Au niveau logique, le protocole USB est en fait des données de paquets de données multi-niveaux. Ce n'est pas difficile de s'assurer (et d'apprendre en même temps beaucoup d'intéressant à propos de USB), à l'aide de l'analyseur de protocoles réseau Wireshark. Téléchargez auparavant le pilote de moniteur USB:

$ sudo modprobe USBMON

Maintenant, dans la liste des interfaces Wireshark, vous pouvez choisir le bus USB. Afficher le numéro de pneu de périphériques peut être, par exemple, dans les journaux.

Conclusion

J'espère qu'après avoir appris à envoyer des données entre l'ordinateur et le microcontrôleur AVR, votre passion pour l'électronique se réveille avec une nouvelle force, élevant beaucoup d'appareils originaux et utiles. Il ne reste plus que de vous souhaiter du succès sur ce domaine compliqué mais intéressant.