Emulator USB disk. Duke krijuar një flash virtuale në shembullin e programit Osfmount

Zhvillimi i pajisjeve të ndryshme të bazuara në mikrokontrollet është një mësim i denjë për këtë djalë kompjuteri. Pa dyshim, një mashtrim i dobishëm i çdo vegël do të jetë një ndërfaqe USB për lidhjen me një kompjuter. Por çfarë të bëni nëse CHIP AVR nuk ofron mbështetje hardware USB?

V-USB: Çështjet e madhësisë

Kur zhvilloni veglën tuaj, shpesh përballet me lidhjen e tij me kompjuterin. Unë duhet të them se portet e LPT dhe COM janë tani ekzotike në motherboards pc, për të mos përmendur laptopë që janë zhdukur këto ndërfaqe shumë kohë më parë. Prandaj, kompjuterët modernë nuk kanë pothuajse asnjë alternativë ndaj ndërfaqes USB.

Nëse burimet e çipit përdoren për njëqind për qind, është më mirë të shikoni menjëherë në drejtim të pajisjeve me mbështetje hardware për gomën universale sekuenciale (të tilla mikrokontrollerë janë të pranishëm në linjën e çdo prodhuesi). Në raste të tjera, ju mund të përdorni USB software.

Për ATMEL Microcontrollers, ekziston një projekt i mrekullueshëm V-USB që ofron një zbatim të softuerit të një pajisjeje USB me shpejtësi të ulët. Kodi V-USB do të operojë në çdo pajisje AVR, e cila ka të paktën 2 kb memorie flash dhe 128 bytes të RAM, me një frekuencë të orës 12; 12.8; pesëmbëdhjetë; gjashtëmbëdhjetë; 16.8 ose 20 MHz.

Përdorimi i produktit është i mundur si brenda GPL me licencë me burim të hapur dhe në baza komerciale. Në mënyrë që të zhvilloni pajisjet tuaja USB, zakonisht duhet të blini diçka si një licencë. Por djemtë nga V-USB u kujdesën për këtë, duke blerë një çift të shitësit ID - id produkt dhe duke u lejuar atyre të përdorin këdo që dëshiron.

Hardware Lidhja për të lidhur autobusin USB në mikrokontroller është shumë e thjeshtë. Nëse pajisja nuk konsumon shumë, atëherë mund të mundësohet drejtpërdrejt nga gomari (konsiderohet se linja e energjisë USB e kompjuterit është në gjendje të heqë dorë deri në 500 MA). Meqenëse linjat informative (d + dhe d-) përdorin nivelin e sinjalit prej 3.6 v, përveç rezistencës kufizuese aktuale, stabilitetet janë të nevojshme për të përputhur logjikën e chipit me 5 volt. Për të përcaktuar llojin e lidhjes, ju duhet të "të tërhiqni" tensionin e furnizimit përmes rezistencës prej 1.5 kω në d- line.

Alternativë për opsionin USB pairing - zvogëloni tensionimin e tensionit të furnizimit me anë të një çipi të përshtatshëm të stabilizimit ose vetëm një palë diodash. Skema e fundit mund të gjendet në faqen e projektit V-USB.

Programues i Usttiny

Për Microcontrollers AVR, ka shumë programues të ndryshëm. Usttiny është përmendur këtu, në veçanti, sepse përmban një softuer USB që zbaton të ngjashme me V-USB. Skema e këtij programuesi është e thjeshtë: Versioni 2 përmban dy patate të skuqura, dhe versioni i parë është vetëm një (ATTINY2313 vetë). Për shkak të përshkrimit të hollësishëm në vend dhe komponentëve të thjeshtë, pajisja është e lehtë për të bërë edhe një fillestar. Usttiny është në përputhje me programin popullor Avrdude që përdoret për të programuar Microcontrollers AVR.

Problemi i vetëm është që të mbushni firmware në çipin e programuesit - për këtë ju duhet ... programues. Nëse ka një kompjuter me portin e LPT, atëherë ju mund të bëni një nga opsionet FBPRG aka "Pesë instalime elektrike", e cila është hekuri

Gatim

Mjetet e softuerit të kërkuara për të zbatuar firmuerin më të thjeshtë USB vegël, jashtëzakonisht ascetike: GCC-AVR përpilues, bibliotekë Avr-Libc, programues avrdede dhe binutils të vendosur për AVR. Në Debian / Ubuntu, gjithçka që ju nevojitet është vendosur nga një komandë:

$ sudo apt-merrni instaloni avrandude binutils-avr gcc-avr avr-libc

Në hapësirat e pakufizuara në internet, është e lehtë për të gjetur një udhëzues shumë të detajuar në V-USB dhe Libusb (në anglisht). Sipas manualit, për të shtuar mbështetjen USB për projektin ju do të duhet një dosje USBDRV nga arkivi me versionin më të fundit V-USB. Rrënja e kësaj dosje ka një model të konfigurimit të USBConfig-Prototip. Ju duhet të bëni një kopje të kësaj skedari duke e quajtur atë usbconfig.h. Next - të saktë usbconfig.h, duke specifikuar portin (d), linjat e të cilave do të përdoren për I / O, direkt numri D + (2) dhe D- (3), dhe frekuenca (12 MHz) që punon chip (ATTINY2313):

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

Për të përfituar nga licenca V-USB për pajisjen, identifikuesit numerikë të prodhuesit dhe pajisjes nuk kanë nevojë të ndryshohen. Por emrat e karakterit mund të zgjidhen në shijen tuaj (ata do t'ju lejojnë të dalloni pajisjet e shumëfishta të bazuara në V-USB lidhur me të njëjtin kompjuter):

#Define usb_cfg_vendor_id 0xc0, 0x16 #define usb_cfg_device_id 0xdc, 0x05 #define usb_cfg_vendor_name "n", "e", "t", ",", "g", "e", "e", "k" , "", " , "M", "p", "l", "e" #define usb_cfg_device_name_len 10

Një shumëllojshmëri të pajisjeve

A keni një ide të një pajisjeje? Mos nxitoni për të bashkuar dhe për të shkuar, dhe shikoni, ndoshta dikush e ka bërë këtë. Nëse nuk është e mundur të përdorni skema dhe burime të gatshme, atëherë të paktën ju nuk duhet të filloni gjithçka nga e para.

Për shembull, projekti V-USB falë politikës së licencuar ka grumbulluar një bazë të mirë të zgjidhjeve të gatshme (duke përfshirë edhe shpërndarë). Këtu ju mund të gjeni implementime të ndryshme të tastierës, adaptorë USB për joysticks, gamepads (duke përfshirë të rralla, të tilla si SNES / Nes, Nintendo 64, ZX spektri Joystick, Sony Playstation 1/2) dhe të ngjashme. Adaptorët DMX, COM dhe UART, I2C, SERVO PORTS, DCF77 Interfaces Wireless, IR - të gjitha që do të ndihmojnë në lidhjen e pajisjeve më të reja në PC. Loggers, platforma për sensorë dhe sensorë, adaptorë për ekranet LCD, programuesit dhe ngarkuesit mund të jenë gjithashtu të dobishme në ekonomi.

Programi për Chip është elementare!

Kur bashkëveprojnë mbi autobusin USB, kompjuteri është pajisja kryesore që periodikisht dërgon mesazhe të mesazheve të kontrollit. Kontrolluesi, respektivisht, vartës dhe duhet t'i përgjigjet kërkesave. Formati i mesazhit të kontrollit përcaktohet nga struktura USBRequest_T nga skedari USBDRV.H:

Typedef struc usbrequest (uchars brandeste: uchard; usbword_t wvalue; usbword_t wlegex; usbreword_t wlength;) usbrequest_t;

Krijo një skedar kryesor në një nivel me një dosje USBDRV dhe përshkruani skedarët e nevojshëm të kokës, përkufizimet dhe variablat:

#Include. #Include. #Include. #include "usbdrv.h" #define f_cpu 12000000l // frekuenca mk #include #Define data_out 1 // Dërgo #define data_in 2 // marrin komandën // statike uchar upbuf \u003d "Hello World!" Buffer; Gjendja statike e datal-it \u003d 0, darkaceed \u003d 0;

Në main.c, mbizotëroni funksionin USBFunctionSetTur, i cili automatikisht thirret me marrjen e një kërkese të re:

Të dhënat e USB_Public uchar (USBRequest_T * rq \u003d (void *) të dhënave; Switch (RQ-\u003e Mirrequest) (rasti Data_out: // Përpunimi i USBMSGPTR \u003d Command i të dhënave të USBMSGPTR \u003d Madhësia e tampon: // përpunimi i gjatësisë së të dhënave \u003d (uchar) përpunimi i të dhënave rq-\u003e wlnesth.word; // merrni gjatësinë e datareked \u003d 0; // usbfunctionwrute thirrje do të ketë shumë nëse (Datal Gjatësi\u003e Sizeof (Përgjigjebuf)) // Kontrolloni gjatë gjithë gjatësinë e ngarkesës \u003d Sizeof (Përgjigjebuf); Kthimi USB_NO_MSG; // Kthehu 255) Kthimi 0;)

Siç mund të shihet nga lista, mënyra më e lehtë për të dërguar të dhëna në kompjuter është të vendosë vlerën e treguesit USBMSGPTH në tampon RAM (Përgjigjebuf), ku të dhënat janë të vendosura dhe pastaj ta kthejnë atë në gjatësi. Madhësia e tamponës nuk duhet të kalojë 254 bytes. Për ATTING2313 me 128 bytes e Ram, kjo është e mjaftueshme. Për pajisje më funksionale, ka një mënyrë të dytë - të anashkalojë funksionin USBFundectionEread Read.

Për të marrë të dhënat, së pari, ju duhet të hiqni gjatësinë e mesazhit nga fusha e pyetjes Wlength në fushën Wlength dhe ruani atë në ndryshoren globale të gjatësisë. Së dyti, në main.c është e nevojshme për të anashkaluar funksionin USBFunctionWrite të dizajnuara për të përpunuar të dhënat e marra dhe të thirrur automatikisht (dhe padyshim disa herë) nëse USBFunctionSetpet e kthen vlerën e USB_NO_MSG (255):

USB_Public uchar * të dhënat, uchar len (uchar i; // ruani pjesën e të dhënave të marra në (i \u003d 0; datarçesitd< dataLength && i < len; i++, dataReceived++) replyBuf = data[i]; return (dataReceived == dataLength); }

Në të vërtetë, funksioni usbfunctionwrute është i angazhuar në faktin se ai mbush bufferin e përgjigjes me të dhënat e marra.

Nga rruga, për të punuar këtë metodë, ju duhet të bëni ndryshime në usbconfig.h:

#Define usb_cfg_implement_fn_write 1.

Epo, funksioni i fundit i firmware - kryesore:

Int kryesore () (USBINIT (); // inicializo usb usbdeviceconnect (); // Lidhni pajisjen SEI (); // Lejoni ndërprerjet // në një cikël të pafund të presë për mesazhet e kontrollit gjatë kohës (1) 0;)

Ne përdorim USART / UART

Një alternativë e mirë për Software / Hardware USB është duke përdorur një ndërfaqe popullore të Usart / Uart me një konvertues të palës së tretë të këtij protokolli në USB, i cili mund të kryhet, për shembull, bazuar në Chip FT232RLL.

Libusb: dhe jo të veshur, dhe jo lakuriq

Ju pyesni: A duhet të shkruani një shofer për një sistem operativ kompjuteri për të lidhur një pajisje USB? Nëse përdorni Libusb, ju mund të bëni pa zbatuar një modul kernel të plotë. Libusb është një bibliotekë me burim të hapur që ju lejon të programoni shpejt, së pari, kërkoni një pajisje në autobus, dhe së dyti - shkëmbimi i të dhënave me të.

Nën bibliotekën Linux dhe dosjet e kushteve të nevojshme mund të merren nga kodi burimor. Dhe është më mirë të përdorni depon standard të shpërndarjes suaj. Për Debian / Ubuntu, për shembull, kështu:

$ sudo apt-merrni instaloni libusb-dev

Ekziston edhe një port libusb nën Windows - Libusb-win32. Në kundërshtim me emrin e projektit, mbështetet edhe 64-bit nga Microsoft (duke filluar nga versioni 1.2.0.0).

Por Libusb është një temë e veçantë e bisedës. Unë mendoj se me programimin për PC ju e dini dhe ju mund të kuptoj atë. Prandaj, unë do të jem i shkurtër. Krijo një skedar USBTEST.C dhe filloni ta plotësoni atë me përmbajtje. Së pari, skedarët e nevojshëm të kokës dhe përkufizimet:

#Include. [...] // për kompjuterin, kuptimi i komandave është i kundërt, // por simbolet mbeten të njëjta #define data_out 1 #define data_in 2

USBOPEMDEVICE Funksioni për të inicializuar pajisjen:

Usb_init (); // inicio USB USB_Find_Busses (); // gjeni usb_find_devices () goma; / / / / / / / / / / / / / / / / / / Tjetër) (// Nëse shitësit dhe identifikuesit e produkteve nuk përputhen ... nëse (dev-\u003e descriptor.idvendor! \u003d Shitësi || dev-\u003e descriptor.idProduct! \u003d Produkt) vazhdojnë; // ... kaloni këtë përsëritje // Mundohuni të merrni një përshkrues të pajisjes (! (Handle \u003d USB_OPEN (DEV)) (FPRINTF (STDERR, "% s \\ n", USB_StrError ()); Vazhdo;) Doreza e kthimit) // / Pajisja nuk u gjet kthehet null;

Siç mund të shihet, parametrat e USBopeendevice janë identifikuesit dhe pajisjet numerike të prodhuesit. Nëse pajisja është e pranishme në autobus, përshkruesi i tij kthehet. Nëse pajisjet në V-USB do të jenë disi - ju do të duhet të shtoni skanimin e emrave simbolikë të shitësit dhe produktit.

Dhe funksioni kryesor i përdorimit USBTEST:

Int kryesore (int argc, char ** argv) (// descriptor usb_dev_handle * dorezë \u003d null; int nbytes \u003d 0; char tampon; // ne jemi duke kërkuar për një pajisje të trajtuar \u003d usbopendvice (0x16c0, 0x05dc); nëse (trajtuar \u003d \u003d null) (FPRINTF (STDERR, "nuk mund të gjente pajisje USB! \\ n"); dalje (1);) // nga argumenti - të marrë të dhëna nga nëse "strcmp (argv, jashtë") \u003d\u003d 0) (nbytes \u003d USB_Control_MSG (trajtuar, USB_Type_Vendor | usb_recip_device | usb_endpoin_in, data_out, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 5000); printf ("mori% d bytes:% s \\ n", nbytes, tampon); // Argumenti në - Dërgo një varg (argument tjetër)) tjetër nëse (strcmp (argv, "në") \u003d\u003d 0 && argc\u003e 2) (handle, usb_type_vendor | usb_recip_device | usb_endpoint_out, data_in, 0, 0, argv , Strlen (argv) +1, 5000);) nëse (nbytes< 0) fprintf(stderr, "%s\n", usb_strerror()); usb_close(handle); // Закрыть дескриптор return 0; }

Këtu topi rregullon funksionin usb_control_msg, i cili është deklaruar në skedarin USB të përfshirë. Ajo ka një bandë parametrash dhe në të vërtetë krijon ato mesazhe kontrolli, përpunimi i të cilave zbatohet në firmware të mikrokontrolluesit.

Proteus qëndron

Simulatori i dashur i natës i skemave elektrike Proteus ISIS është e padobishme kur zhvillon pajisjet me zbatimin e softuerit USB. Emult i saj USB mbështet vetëm patate të skuqura me mbështetje hardware për gomën universale serial (për shembull, AT90USB646 ose AT90USB1286).

Ne mbledhim, ne flash, provë

Më poshtë është një përbërës i vogël, por shumë i dobishëm, me të cilin komandën e bërë nga main.c dhe USBTEST.C është e lehtë për të marrë firmware për chip-main.Hex dhe binar të shërbimeve USBTEST:

CC \u003d avr-gcc objcopy \u003d avr-objcopy cflgs \u003d -wall -os -iusbdrv -mmcu \u003d attiny2313 objflags \u003d -j. .O main.o cmdline \u003d USBTEST # Qëllimi: Mblidhni të gjitha të gjitha: Main.Hex $ (cmdline) # Kuvendi i një ndërmarrjeje kompjuterike $ (cmdline): USBTEST.C GCC -I ./LIBUSB/INCLUDE -L ./LIBUSB/ Lib / gcc -o -wall USBTEST.C -OO USBTEST -LUSB # Clear Project nga kodi i pastër binar: $ (RM) * .O * .Hex * silf USBDRV / *. O # Merrni skedarin e firmuerit nga një kukudh file%. Hex:% .ELF $ (objcopy) $ (objflags) $< [Email i mbrojtur] # Montimi i skedarit elf kryesor: $ (objekte) $ (cc) $ (cflags) $ (objekte) -o [Email i mbrojtur] # Montimi i bibliotekës V-usb $ (objekte): USBDRV / usbconfig.h # c për të objekt kodin% .O:% .c $ (cc) $ (cflags) -c $< -o [Email i mbrojtur] # ASM në kodin e objektit% .O:% .s $ (CC) $ (CFLAGS) -X Assembler-me-CPP -C $< -o [Email i mbrojtur]

Për të derdhur firmware në një mikrokontrollues duke përdorur programuesin e USBTINY, Lloji:

$ sudo avrdude -p t2313-C USBTINY -E -u flash: w: main.Hex: i -u lfuse: w: 0xef: m

Në Avrandoud, siguresat nuk janë shumë të përcaktuara qartë, por ato mund të llogariten lehtësisht në një nga kalkulatorët online.

Ne e lidhim pajisjen me kompjuterin dhe kontrollojmë se si funksionon (USBTEST me parametër lexon vargun, në - shkruan vargun e specifikuar në tampon të çipit):

$ sudo ./usbtest në All_OK $ sudo ./usbestest out

Një lugë katran

Softueri USB nuk është një ilaç. Zbatimet e softuerit zakonisht kanë një numër thjeshtimesh, të tilla si mungesa e kontrollit të kontrollit dhe simetrisë së kanalit, të cilat ndikojnë negativisht në imunitetin e zhurmës. Gjithashtu, zakonisht bibliotekat softuerike përdorin modele USB me shpejtësi të ulët. Po, dhe kodi i bibliotekës USB "ha" dhe pa kujtesën e vogël të çipit.

Peep ...

Në nivelin logjik, protokolli USB është, në fakt, të dhënat e paketave të të dhënave me shumë nivele. Kjo nuk është e vështirë për t'u siguruar (dhe në të njëjtën kohë të mësojnë shumë interesante për USB), duke përdorur analizuesin e protokolleve të rrjetit Wireshark. Më parë shkarkoni shoferin e monitorit USB:

$ sudo modprobe usbmon

Tani në listën e Interfaces Wireshark, ju mund të zgjidhni autobusin USB. Shikoni numrin e gomave të pajisjes mund të jetë, për shembull, në shkrimet.

Përfundim

Unë shpresoj pasi të keni mësuar të dërgoni të dhëna në mes të kompjuterit dhe Microcontroller AVR, pasioni juaj për elektronikë zgjon me një forcë të re, duke mbaruar shumë pajisje origjinale dhe të dobishme. Mbetet vetëm t'ju uroj suksese në këtë fushë të komplikuar, por interesante.