Emulátor disku USB. Vytvorenie virtuálnej jednotky Flash na príklad programu OSFUNT

Vývoj rôznych zariadení založených na mikrokontrolérii je lekcia hodná tohto počítača. Nepochybne, užitočný trik akéhokoľvek gadget bude rozhraním USB pre pripojenie k počítaču. Ale čo robiť, ak AVR čip neposkytuje podporu hardvéru USB?

V-USB: Veľkosť Záleží

Pri vývoji vlastného gadget, často čelí pripojenie k počítaču. Musím povedať, že LPT a COM porty sú teraz exotické na doskových doskách, nehovoriac o notebookoch, ktoré tieto rozhrania zmizli už dávno. Moderné počítače preto nemajú takmer žiadnu alternatívu k rozhraniu USB.

Ak sa zdroje čipov používajú na sto percent, je lepšie okamžite pozrieť na zariadenia s hardvérou podporou pre univerzálnu sekvenčnú pneumatiku (takéto mikrokontroléry sú prítomné v riadku akéhokoľvek výrobcu). V iných prípadoch môžete použiť softvér USB.

Pre Mikrokontroléry ATMEl je nádherný projekt V-USB, ktorý ponúka implementáciu softvéru s nízkou rýchlosťou USB 1.1. Kód V-USB bude fungovať na akomkoľvek zariadení AVR, ktoré má aspoň 2 kb flash pamäte a 128 bajtov RAM s frekvenciou hodín 12; 12.8; pätnásť; šestnásť; 16,8 alebo 20 MHz.

Použitie výrobku je možné v rámci GPL open source a na komerčnom základe. Aby ste mohli rozvíjať vlastné zariadenia USB, zvyčajne potrebujete kúpiť niečo ako licenciu. Ale chlapci z V-USB sa o to starali, tým, že kúpili niekoľko ID dodávateľa - ID produktu a umožnili im používať každého, kto chce.

Väzba hardvéru na pripojenie USB zbernice do mikrokontroléra je veľmi jednoduché. Ak zariadenie nespotrebuje príliš veľa, potom môže byť napájaný priamo z pneumatiky (sa usudzuje, že elektrický riadok počítača je schopný dať až 500 mA). Keďže informačné linky (D + a D-) použite úroveň signálu 3,6 V, okrem rezorcií obmedzujúcich prúd, sú potrebné stabilidy, aby zodpovedali logike 5-volt chip. Ak chcete označiť typ pripojenia, musíte "vytiahnuť" napájacie napätie cez odpor 1,5 kΩ na D-line.

Alternatíva k USB párovaniu - znížiť napájacie napätie regulátora pomocou vhodného stabilizačného čipu alebo len pár diód. Posledná schéma nájdete na stránkach projektu V-USB.

Programátor USBTINY

Pre AVR mikrokontroléry, existuje mnoho rôznych programátorov. USBTINY je tu uvedený najmä preto, že obsahuje softvér USB, ktorý implementuje podobný V-USB. Schéma tohto programátora je jednoduchá: verzia 2 obsahuje dva čipy a prvá verzia je len jedna (samotná Attiny2313). Kvôli podrobnému popisu na stránkach a jednoduchých komponentoch je zariadenie ľahké urobiť ešte začiatočník. USBTINY je kompatibilný s populárnym programom AvrDUDUDE, ktorý sa používa na program AVR Microcontrollers.

Jediný problém je naplniť firmvér v programátorovom čipe - pre to potrebujete ... programátor. Ak je počítač s LPT portom, potom môžete urobiť jednu z možností FBPRG AKA "Päť elektroinštalácie", ktorý je železo

Varenie Svety

Softvérové \u200b\u200bnástroje potrebné na implementáciu najjednoduchšej USB Gadget Firmware, extrémne Ascetic: GCC-AVR Compiler, AVR-Libc Library, Avrdede programátor a BINUTILS SET PRE AVR. V Debian / Ubuntu, všetko, čo potrebujete, je nastavený jedným príkazom:

$ sudo apt-get nainštalovať AVRDUDUDE BINUTILS-AVR GCC-AVR AVR-libc

Na bezhraničných internetových priestoroch sa dá ľahko nájsť veľmi podrobný sprievodca na V-USB a Libusb (v angličtine). Podľa návodu na pridanie podpory USB k projektu budete potrebovať priečinok USBDRV z archívu s najnovšou verziou V-USB. Koreň tohto priečinka má konfiguračnú šablónu USBCONFIG-prototypu. Musíte vytvoriť kópiu tohto súboru zavolaním USBCONFIG.H. Nasledujúci - správny USBCONFIG.H, zadanie portu (d), ktorých línie budú použité pre I / O, priamo číslo D + (2) a D- (3), a frekvencia (12 MHz) na Ktorý čip pracuje (Attiny2313):

#Define USB_CFG_IOPORTNAME D #DEFINE USB_CFG_DMINUS_BUSKO 3 #DEFINE USB_CFG_DPLUS_BUT 2 #DEFINE USB_CFG_CLOCK_KHZ 12000

Ak chcete využiť licenciu V-USB pre zariadenie, numerické identifikátory výrobcu a zariadenia nemusia byť zmenené. Názvy znakov možno zvoliť k vášmu vkusu (umožnia vám rozlíšiť viacero zariadení založených na V-USB pripojenom k \u200b\u200brovnakému počítaču):

#Define USB_CFG_VENDOR_ID 0XC0, 0X16 #DEFINE USB_CFG_DEVICE_ID 0XDC, 0x05 #DEFINE USB_CFG_VENDOR_NAME "N", "E", "t", "S", "4", "K", "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

Rôzne gadgets

Máte predstavu o nejaké zariadenie? Nenechajte sa ponáhľať na spájku a ísť a pozrieť sa, možno niekto to urobil. Ak nie je možné používať hotové schémy a zdroje, potom aspoň nemusíte začať všetko od nuly.

Napríklad projekt V-USB vďaka licencovanej politike sa nahromadil slušnú základňu pripravených (vrátane voľne distribuovaných) riešení. Tu nájdete rôzne implementácie klávesnice, USB adaptéry pre joysticks, gamesads (vrátane vzácnych, ako sú SNES / NES, Nintendo 64, Zx Spectrum Joystick, Sony Playstation 1/2) a podobne. DMX adaptéry, COM a UART, I2C, servo porty, bezdrôtové rozhrania DCF77, IR - všetko, čo pomôžu pripojiť viac nových zariadení na PC. Loggery, platformy pre senzory a snímače, adaptéry na LCD displejov, programátorov a nakladačov môžu byť tiež užitočné v ekonomike.

Program pre čip je elementárny!

Pri interakcii nad autobusom USB je počítač hlavným zariadením, ktoré pravidelne odosiela správy o riadiacich správach. Regulátor, podriadený a musí odpovedať na žiadosti. Formát riadiaceho hlásenia je určený štruktúrou USBREQUEST_T z súboru USBDRV.H:

TYPEEDEF STRUKTY USBREQUEST (UCHARNUJE BREAKEST: UCHARDNA BREEQUEPEST; USBWORD_T WINDEX; USBWORD_T WLINGH;) USBREQUEST_T;

Vytvorte súbor main.c na jednej úrovni s priečinkom USBDRV a opíšte potrebné súbory hlavičky, definície a premenné:

#Include. #Include. #Include. #include "USBDRV.H" #DEFINE F_CPU 12000000L // Frekvencia MK #include #Define data_out 1// Odoslať #Define Data_in 2 // Dostať príkaz // static Uchar ReplyBUF \u003d "Hello World!" Buffer; Statická uchanátová datová dĺžka \u003d 0, datareceived \u003d 0;

V Main.c prepíše funkciu USBFUCTIPUP, ktorá sa automaticky volá po prijatí novej žiadosti:

USB_PULLIC UCHARDNÉ ÚDAJE (USBREQUEST_T * RQ \u003d (VOID *) Údaje; Spínač (RQ-\u003e Brequest) (Case Data_OUT: // Spracovanie USBMSGPTR \u003d ReplyBUF Data Command; // Uveďte návrat SEASTOF buffer (ReplyBUF); / / Return Case Data_in Rozmery vyrovnávacej pamäte: // Spracovanie DATALENTNICE \u003d (UCHAR) Spracovanie dát RQ-\u003e Wength.Word; // Získajte dĺžku DataReceived \u003d 0; // USBFunkčné hovory Tam bude veľa, ak (DATALLENGth\u003e SizeOf (ResentBuf)) // Skontrolujte prepadovú datalength \u003d SITEOF (ResponsBuf); Return USB_NO_MSG; // Return 255) Return 0;)

Ako je možné vidieť zo zoznamu, najjednoduchší spôsob, ako odoslať dáta do počítača, je nastaviť hodnotu ukazovateľa USBMSGPTR na pamäť RAM (ReplyBUF), kde sa údaje nachádzajú a potom ho vrátia na dĺžku. Veľkosť nárazníka by nemala prekročiť 254 bajtov. Pre ATTINY2313 S jeho 128 bajtov RAM je to dosť. Pre funkčné funkčné zariadenia existuje druhý spôsob - prepíše funkciu USBFUNDERCECTREADA.

Ak chcete získať údaje, najprv musíte odstrániť dĺžku správ z poľa Querngth do poľa W. Dente a uložte ho do globálnej premennej DATALENGth. Po druhé, v main.c je potrebné prepísať funkciu USBFunkcie písanie navrhnutého na spracovanie získaných údajov a nazvaných automaticky (a samozrejme niekoľkokrát), ak USBFUNCOPTIVEUP vráti hodnotu USB_NO_MSG (255):

USB_PULEBLIC UHLIC * DATA, UCHOD LEN (UCHARDA I; // Uložte získanú dátovú časť na (I \u003d 0;< dataLength && i < len; i++, dataReceived++) replyBuf = data[i]; return (dataReceived == dataLength); }

V skutočnosti je funkcia USBFunkcie zapojená do skutočnosti, že vyplní buffer ReplyBUF s získanými údajmi.

Mimochodom, aby ste túto metódu fungovali, musíte vykonať zmeny v USBCONFIG.H:

#Define USB_CFG_IMPLEMENT_FN_WRITE 1.

No, najnovšia funkcia firmvéru - hlavná:

Int hlavné () (USBINIT (); // Inicializujte USB USBDEVECONECT (); // Pripojenie zariadenia SEI (); // Povoliť prerušenie // v nekonečnom cykle čakať na riadenie správ, zatiaľ čo (1) USBPOLL (); 0;)

Používame usart / UART

Dobrá alternatíva k softvéru / hardvéru USB využíva populárne rozhranie USART / UART s meničom tretej strany tohto protokolu v USB, ktoré možno vykonať napríklad na základe čipu FT232RL.

Libusb: a nie oblečený, a nie nahý

Pýtate sa: Musíte napísať ovládač pre operačný systém počítača na pripojenie zariadenia USB? Ak používate libusb, môžete urobiť bez implementácie plnohodnotného modulu jadra. Libusb je open source knižnica, ktorá vám umožní rýchlo programovať, najprv vyhľadávať zariadenie na autobus, a po druhé - výmenu údajov s ním.

Pod knižnicou Linuxu a potrebné súbory hlavičky je možné získať zo zdrojového kódu. A je lepšie použiť štandardné úložisko vašej distribúcie. Pre debian / ubuntu, napríklad:

$ sudo apt-get nainštalovať libusb-dev

V systéme Windows - Libusb-Win32 je tiež libusbový prístav. Na rozdiel od názvu projektu je tiež podporovaný 64-bitový systém OS spoločnosti Microsoft (počnúc verziou 1.2.0.0).

Ale libusb je samostatná téma konverzácie. Myslím, že s programovaním pre PC, ktoré viete, a môžete to vymyslieť. Preto budem stručný. Vytvorte súbor USBTEST.c a začnite ho zaplniť obsahom. Po prvé, potrebné súbory a definície hlavičky:

#Include. [...] // Pre počítač, význam príkazov je obrátený, //, ale symboly zostávajú rovnaké #define data_out 1 #define data_in 2

USBOPEMDEVICE funkcia na inicializáciu zariadenia:

USB_INIT (); // inicializovať USB USB_Find_Busses (); // Nájsť pneumatiky USB_FIND_DEVES (); // Nájsť zariadenia // SIDE Všetky pneumatiky pre (BUS \u003d USB_GET_BUSESSES (); zbernice; Bus \u003d Bus-\u003e NEXT) (// Prevedenie všetkých zariadení na (Dev \u003d BUS-\u003e Zariadenia; Dev; dev \u003d dev-\u003e Ďalej) (// Ak sa dodávateľ a identifikátory výrobkov nezhodujú ... ak (Dev-\u003e descriptor.idvnedor! \u003d Predajca || Dev-\u003e deskriptor.idproduct! \u003d Produkt) Pokračovať, // ... Preskočiť túto iteráciu // Skúste získať deskriptor zariadenia (! (Rukoväť \u003d USB_OPEN (dev)) (Fprintf (Stderr, "% s n", USB_STRERROR ()); pokračovanie;) Spätná rukoväť; // Vrátenie deskriptora)) / / zariadenie nebolo nájdené návrat null;

Ako možno vidieť, parametre USBopeendice sú numerické identifikátory a zariadeniami výrobcu. Ak je zariadenie prítomné na autobuse, je vrátený jeho deskriptor. Ak budú zariadenia na V-USB trochu - budete musieť pridať skenovanie symbolických mien dodávateľa a produktu.

A hlavná funkcia konzoly konzoly USBtest:

Int Hlavný (INT ARGC, CHAR ** ARGV) (deskriptor USB_DEV_HANDLE * Rukoväť \u003d null; int nbytes \u003d 0; chrbového pufra; // hľadáme zariadenie na rukoväť \u003d USBOPENDEVICE (0x16C0, 0x05DC); ak (rukoväť \u003d \u003d NULL) (Fprintf (Stderr, "nemohol nájsť USB zariadenie! n"); výstup (1);) // out argument - Získajte údaje z, ak "STRCMP (ARGV, OUT") \u003d\u003d 0) (nBYTES \u003d USB_CONTROL_MSG (Rukoväť, USB_TYPE_VENDOR | USB_RECIP_DEVICE | USB_ENDOPPOUTING_IN, DATA_OUT, 0, 0, CHAR *) Buffer, SizeOF (Buffer), 5000); Printf ("Got% D Bytes:% s n", NYTSTES, Buffer); // Argument In - Pošlite reťazec (ďalší argument)) inak, ak (STRCMP (ARGV, "IN") \u003d\u003d 0 && ARGC\u003e 2) (nYTES \u003d USB_CONTROL_MSG (Rukoväť, USB_TYPE_VENDOR | USB_RECIP_DEVICE | USB_ENDOPTOUP_OUT, DATA_IN, 0, 0, ARGV , Strlen (ARGV) +1, 5000);) IF (NBYTES< 0) fprintf(stderr, "%s\n", usb_strerror()); usb_close(handle); // Закрыть дескриптор return 0; }

Tu loptu pravidlá funkcie USB_CONTROL_MSG, ktorá je deklarovaná v súbore USB. Má bankovú parametrov a skutočne vytvára tieto riadiace správy, ktorých spracovanie je implementované v firmvéri mikrokontroléra.

Proteus spočíva

Nočný milovaný simulátor elektrických schém Proteus ISIS je zbytočné pri vývoji zariadení s implementáciou softvéru USB. Jeho emulátor USB podporuje iba čipy s podporou hardvéru pre univerzálnu sériovú pneumatiku (napríklad AT90USB646 alebo AT90USB1286).

Zhromažďujeme, bliká, testujeme

Nižšie je malý, ale veľmi užitočný makefile, s ktorým sa príkaz z Main.c a USBtest.c ľahko dostanete firmvér pre čip - main.hex a binárny nástroj USBTEST:

CC \u003d AVR-GCC objcopy \u003d AVR-Objcopy Cflags \u003d -WALL -OS -OUSBDRV -MMCU \u003d ATTINY2313 Objflags \u003d -J .Text -J .DATA -O IHEX objekty \u003d USBDRV / USBDRV.O USBDRV / ODDEBUG.O USBDRV / USBDRVASM .O main.o cmdline \u003d usbtest # Účel: Zhromažďovať všetky všetky: Main.hex $ (CMDLINE) # Montáž počítačovej pomôcky $ (CMDline): USBTEST.c GCC -i ./libusb/include -l ./libusb/ Lib / GCC -O -WALL USBTEST.C -OO USBTEST -LUSB # CLEAR PROJEKT PROJEKTU Z binárneho čistého kódu: $ (RM) * .O *. O # Získajte súbor firmvéru z elf Súbor%. HEX:% .F (Objcopy) $ (Objflags) $< [Chránené e-mail] # Montáž Elf File Main.elf: $ (objekty) $ (cc) $ (cflags) $ (objekty) -O [Chránené e-mail] # Montáž V-USB $ Knižnica (objekty): USBDRV / USBCONFIG.H # C pre objekt kód% .O:% .c $ (CC) $ (CFLAGS) -C $< -o [Chránené e-mail] # ASM v objekt kód% .O:% .s $ (cc) $ (cflags) -x Assembler-s-CPP -C $< -o [Chránené e-mail]

Ak chcete naliať firmvér do mikrokontroléra pomocou programátora USBTINY, zadajte:

$ SUDO AVRDUDE -P T2313 -C USBTINY -E -U FLASH: W: MAIN.HEX: I -U LFUSE: W: 0xEf: m

V Avrdude, poistky nie sú veľmi jasne definované, ale môžu sa ľahko vypočítať v jednom z online kalkulačiek.

Spojíme zariadenie k počítaču a skontrolujeme, ako to funguje (USBtest s parameterom prečíta reťazec, v - píše zadaný reťazec na čipový pufor):

$ sudo ./usbtest v all_ok $ sudo ./usbtest von

Lyžice dechtu

Softvér USB nie je všeliek. Softvérové \u200b\u200bimplementácie majú zvyčajne množstvo zjednodušení, ako napríklad nedostatok kontroly kontrolného súčtu a symetrie kanála, ktorý nepriaznivo ovplyvňuje hlukovú imunitu. Zvyčajne, zvyčajne softvérové \u200b\u200bknižnice používajú nízko rýchlosti USB režimy. Áno, a kód USB knižnice "jesť" a bez malých pamäte čipu.

Peep ...

Na logike je USB protokol v skutočnosti, viacúrovňové dáta dátových paketov. To nie je ťažké zabezpečiť (a zároveň naučiť sa veľa zaujímavých o USB), pomocou analyzátora sieťových protokolov Wireshark. Predtým stiahnite ovládač USB monitora:

$ SUDDO MODPROBE USBON

Teraz v zozname rozhraní Wireshark si môžete vybrať USB zbernicu. Zobraziť číslo zariadenia pneumatiky môže byť napríklad v protokoloch.

Záver

Dúfam, že potom, čo ste sa naučili posielať dáta medzi počítačom a mikrokontrolérom AVR, vaša vášeň pre elektroniku sa prebudí s novou silou, chovu množstva originálnych a užitočných zariadení. Zostáva len želám vám úspech na tomto komplikovanom, ale zaujímavom poli.