【FPGA黑金开发板】NIOSII那些事儿-USB主机（二十一）

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      上一节，我们讲了USB的设备模式，可以实现计算机与黑金开发板的数据通信。这一节，我们以上一节为基础，研究一下如何利用CH376芯片来实现U盘的读写。

大家都知道，不管是U盘，SD卡，还是我们经常用到的电脑硬盘，都存在文件的建立，存取，修改等操作。从系统角度来说，负责管理这些工作的我们称之为文件管理系统，简称文件系统。经常用电脑的人对这个概念一定很熟悉，比如我们在装系统的时候，不可避免的会遇到选择何种文件系统（除非你用GHOST，呵呵），FAT32还是NTFS等等，这个就是文件系统。文件系统是对文件存储器空间进行组织和分配，负责文件的存储并对存入的文件进行保护和检索的系统，具体地说，他负责为用户建立文件、存入、读出、修改、转储文件爱你，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。

      在U盘中，同样存在文件系统。大家熟知的，当我们想格式化U盘的时候，我们也需要选择文件系统类型，如下图所示

      因此，如果要想通过U盘来实现开发板与电脑之间的数据交换，那么，在开发板上也也应该在FAT规范下通过文件的形式存取U盘中的数据。不过，CH376已经把这个工作为我们做好了。

CH376在芯片内部集成了FAT文件系统，支持 FAT32、FAT16和FAT12，符合WINDOWS的文件系统格式。这种无微不至的“关怀”实在令我们感动啊，因为这样我们就不需要在自己动手编写了文件系统了，为我们减少了很多的工作量，剩下的时间看看世界杯还是很不错哦，呵呵。

      CH376对U盘文件的读写方式分为两种：扇区模式和字节模式。

      扇区模式下，以扇区（每扇区通常是512字节）为基本单位对U盘文件进行读写，所以读写速度略快，但是通常情况下需要额外的文件数据缓冲区，额外的文件数据缓冲区必须是扇区长度512 的整数倍，所以适用于RAM多、数据量大、频繁读写数据的单片机系统。扇区读写的子程序主要有扇区读CH376SecRead 和扇区写CH376SecWrite。

      字节模式下，以字节为基本单位对U盘文件进行读写，少则 1 字节，多则 65535字节，读写速度略慢，但是不需要额外的文件数据缓冲区，使用方便，适用于 RAM 少（从几字节到几十 K 都可以）、数据量小或者数据零碎、不经常读写数据的单片机系统。但是，因为闪存只能进行有限次擦写，如果频繁地向U盘写入零碎的数据，可能会缩短U 盘中闪存的使用寿命。

      下面，我们就通过我们黑金开发板来实践一下，看如何使用CH376来实现U盘的读取的。

在南京沁恒的官方网站上，为我们提供了CH376相关的例程，不过都是基于单片机的，我们需要移植到NIOS II下实现。

      首先，我们需要自己来写USB的底层驱动，这个跟上一节的USB驱动稍有不同。我们在driver下建立hal.c文件，如下所示

001

/*

002	* =====================================================================================

003

*

004	*       Filename:  usb.c

005

*

006	*    Description:  ch376底层驱动

007

*

008	*        Version:  1.0.0

009	*        Created:  2010.4.16

010	*       Revision:  none

011	*       Compiler:  Nios II 9.0 IDE

012

*

013	*         Author:  马瑞 (AVIC)

014	*          Email:  [e-mail]

015

*

016	* =====================================================================================

017

*/

018	//-----------------Include files-------------------------//

019	#include "../inc/hal.h"

020	#include "altera_avalon_pio_regs.h"

021	#include "sys/alt_irq.h"

022

#include

023

#include

024	#include "../inc/ch376inc.h"

025	#include "system.h"

026

027	//-----------------Function Prototype--------------------//

028	void xWriteCH376Cmd(unsigned char command);

029	void xWriteCH376Data(unsigned char data);

030	unsigned char xReadCH376Data(void);

031	unsigned int mInitCH376Host(void);

032	void delay(void);

033	int set_usb_mode(unsigned char type);

034	unsigned char Query376Interrupt(void);

035	void irq_usb(void * context,unsigned int id);

036	void mDelaymS(int ms);

037	//-----------------Variable------------------------------//

038

039	USB_T usb;

040

/*

041	* ===  FUNCTION  ======================================================================

042	*         Name:  set_usb_mode

043	*  Description:  设置工作模式

044	* =====================================================================================

045

*/

046	int set_usb_mode(unsigned char type)

047

{

048

049	xWriteCH376Cmd(SET_USB_MODE);

050	xWriteCH376Data(type);

051	xReadCH376Data();

052

053	if((xReadCH376Data()) == CMD_RET_SUCCESS)

054

return 0;

055

else

056	return -1;

057

}

058

/*

059	* ===  FUNCTION  ======================================================================

060	*         Name:  xWriteCH376Cmd

061	*  Description:  写命令

062	* =====================================================================================

063

*/

064	void xWriteCH376Cmd(unsigned char command)

065

{

066

//A0

067	PIO_USB_A0=1;

068

069	//DB DIR output

070	PIO_USB_DB_DIR=0xff;

071

072	PIO_USB_DB=command;

073

074	PIO_USB_WR=0;

075	PIO_USB_WR=1;

076

}

077

/*

078	* ===  FUNCTION  ======================================================================

079	*         Name:  delay

080	*  Description:  延时

081	* =====================================================================================

082

*/

083	void delay(void)

084

{

085

int i;

086	for(i=0;i<1000;i++);

087

}

088

/*

089	* ===  FUNCTION  ======================================================================

090	*         Name:  xWriteCH376Data

091	*  Description:  写数据

092	* =====================================================================================

093

*/

094	void xWriteCH376Data(unsigned char data)

095

{

096

//A0

097	PIO_USB_A0=0;

098

099	//DB DIR output

100	PIO_USB_DB_DIR=0xff;

101

102	PIO_USB_DB=data;

103	usleep(20);

104	PIO_USB_WR=0;

105

delay();

106	usleep(20);

107	PIO_USB_WR=1;

108

}

109

/*

110	* ===  FUNCTION  ======================================================================

111	*         Name:  xReadCH376Data

112	*  Description:  读数据

113	* =====================================================================================

114

*/

115

116	unsigned char xReadCH376Data(void)

117

{

118	unsigned char data=0;

119

//A0

120	PIO_USB_A0=0;

121

122	//DB DIR output

123	PIO_USB_DB_DIR=0;

124

125	PIO_USB_RD=0;

126

delay();

127	data=PIO_USB_DB;

128	PIO_USB_RD=1;

129

130	return data;

131

}

132

/*

133	* ===  FUNCTION  ======================================================================

134	*         Name:  mInitCH376Host

135	*  Description:  初始化

136	* =====================================================================================

137

*/

138	unsigned int mInitCH376Host(void)

139

{

140	PIO_USB_RD=1;

141	PIO_USB_WR=1;

142	PIO_USB_A0=1;

143	usb.receive_ok_flag=0;

144	usb.send_ok_flag=0;

145	//enable the io interrupt

146

147	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(USB_NINT_BASE,0);

148	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(USB_NINT_BASE,0);

149

150	set_usb_mode(USB_HOST);

151

152	return USB_INT_SUCCESS;

153

}

154

/*

155	* ===  FUNCTION  ======================================================================

156	*         Name:  Query376Interrupt

157	*  Description:  读取中断引脚

158	* =====================================================================================

159

*/

160	unsigned char Query376Interrupt( void )

161

{

162	return(PIO_USB_NINT?TRUE:FALSE);

163

}

164

/*

165	* ===  FUNCTION  ======================================================================

166	*         Name:  mDelaymS

167	*  Description:  延时

168	* =====================================================================================

169

*/

170	void mDelaymS(int ms)

171

{

172	usleep(1000*ms);

173

}

接下来，我们需要在inc下建立hal.h文件

01

/*

02	* =====================================================================================

03

*

04	*       Filename:  hal.c

05

*

06	*    Description:  ch376底层驱动

07

*

08	*        Version:  1.0.0

09	*        Created:  2010.4.16

10	*       Revision:  none

11	*       Compiler:  Nios II 9.0 IDE

12

*

13	*         Author:  马瑞 (AVIC)

14	*          Email:  [e-mail]

15

*

16	* =====================================================================================

17

*/

18	#ifndef __usb_h__

19	#define __usb_h__

20

21	//-----------------Include files-------------------------//

22	#include "system.h"

23

24	//------------------Data struct--------------------------//

25

26	//----------------- CH375 DEFINE-------------------------//

27

28

//common

29	#define USB_HOST    0X06

30	#define USB_DEVICE  0x02

31	#define USB_DISABLE 0X00

32

33	#define RESET_ALL   0X05

34	#define CHECK_EXIST 0X06

35	#define SET_USB_ID  0X12

36	#define SET_USB_MODE    0X15

37	#define GET_STATUS  0X22

38	#define UNLOCK_USB  0X23

39	#define RD_USB_DATA 0X28

40	#define WR_USB_DATA5    0X2A

41	#define WR_USB_DATA7    0X2B

42	#define GET_IC_VER  0X01

43	#define ENTER_SLEEP 0X03

44	#define CHK_SUSPEND 0X0B

45	#define RD_USB_DATA0    0X27

46

47	#define RET_SUCCESS 0X51

48	#define RET_ABORT   0X5B

49

50	#define INT_EP2_OUT 0x02

51	#define INT_EP2_IN  0x0a

52

53

//host

54	#define DISK_READ   0X54

55	#define DISK_RD_GO  0X55

56

57	#define DISK_READY  0X59

58	#define DISK_INIT   0X51

59

60

//status

61

62	#define USB_INT_CONNECT 0x15

63

64	//----------------------------USB HOST---------------------------//

65	#define CMD_RET_SUCCESS     0x51            /* 命令操作成功 */

66	#define CMD_RET_ABORT       0x5F            /* 命令操作失败 */

67

68	//------------------------bus define----------------------------//

69

//usb

70	#define PIO_USB_DB      *(volatile unsigned long int *)USB_DB_BASE

71	#define PIO_USB_WR      *(volatile unsigned long int *)USB_WR_BASE

72	#define PIO_USB_RD      *(volatile unsigned long int *)USB_RD_BASE

73	#define PIO_USB_A0      *(volatile unsigned long int *)USB_A0_BASE

74	#define PIO_USB_NINT     *(volatile unsigned long int *)USB_NINT_BASE

75

76	#define PIO_USB_DB_DIR  *(volatile unsigned long int *)(USB_DB_BASE+4)

77

78	#define VID 0X0FFE

79	#define PID 0X1000

80

81	typedef struct{

82	char receive_buffer[200];

83	int send_ok_flag;

84	int receive_ok_flag;

85

86

}USB_T;

87	//-----------------Extern function------------------------//

88

89	extern USB_T usb;

90	extern void xWriteCH376Cmd(unsigned char command);

91	extern void xWriteCH376Data(unsigned char data);

92	extern unsigned char xReadCH376Data(void);

93	extern unsigned int mInitCH376Host(void);

94	extern unsigned char Query376Interrupt(void);

95	extern void mDelaymS(int ms);

96

97	#endif //__usb_h__

上面属于底层驱动部分，如果想实现U盘的读取，还需要处理文件系统子程序file_sys.c，官方已有提供，我们将其加入到drvier下。将头文件file_sys.h放到inc下。

将上述内容都设置好以后，我们需要编写一个测试程序。官方提供了很多的例程，大家可以讲我们编写的底层驱动替换下自带的就可以 。

下面程序演示字节读写，文件枚举，用于将U盘中的/C51/CH376HFT.C文件中的前200个字符显示出来，如果找不到原文件CH376HFT.C，那么该程序将显示C51子目录下所有以CH376开头的文件名，如果找不到C51子目录，那么该程序将显示根目录下的所有文件名。

001

/*

002	* =====================================================================================

003

*

004	*       Filename:  host.c

005

*

006	*    Description:

007

*

008	*        Version:  1.0.0

009	*        Created:  2010.4.16

010	*       Revision:  none

011	*       Compiler:  Nios II 9.0 IDE

012

*

013	*         Author:  马瑞 (AVIC)

014	*          Email:  [e-mail]

015

*

016	* =====================================================================================

017

*/

018	#include "../inc/ch376inc.h"

019	#include "../inc/hal.h"

020	#include "../inc/file_sys.h"

021

#include

022

#include

023

#include

024

025	UINT8 buf[64];

026

027	void host(void) {

028	UINT8   i, s;

029	UINT8   TotalCount;

030	UINT16  RealCount;

031	P_FAT_DIR_INFO  pDir;

032

033	s = mInitCH376Host( );  /* 初始化CH376 */

034

035	while ( 1 ) {

036	printf( "Wait Udisk/SD\n" );

037	/* 检查U盘是否连接,等待U盘插入*/

038	while (CH376DiskConnect()!=USB_INT_SUCCESS ){

039	usleep( 1000*100 );  /* 没必要频繁查询 */

040	printf("USB FAILURE\n");

041

}

042

043	for ( i = 0; i < 100; i ++ ) {  /* 最长等待时间,100*50mS */

044	usleep( 1000*50 );

045	printf( "Ready ?\n" );

046	s = CH376DiskMount( );  /* 初始化磁盘并测试磁盘是否就绪 */

047	if ( s == USB_INT_SUCCESS ) break;  /* 准备好 */

048	else if ( s == ERR_DISK_DISCON ) break;  /* 检测到断开,重新检测并计时 */

049	if ( CH376GetDiskStatus( ) >= DEF_DISK_MOUNTED && i >= 5 ) break;  /* 有的U盘总是返回未准备好,不过可以忽略,只要其建立连接MOUNTED且尝试5*50mS */

050

}

051	if ( s == ERR_DISK_DISCON ) {  /* 检测到断开,重新检测并计时 */

052	printf( "Device gone\n" );

053

continue;

054

}

055	if ( CH376GetDiskStatus( ) < DEF_DISK_MOUNTED ) {  /* 未知USB设备,例如USB键盘、打印机等 */

056	printf( "Unknown device\n" );

057	goto UnknownUsbDevice;

058

}

059	i = CH376ReadBlock( buf );  /* 如果需要,可以读取数据块CH376_CMD_DATA.DiskMountInq,返回长度 */

060	if ( i == sizeof( INQUIRY_DATA ) ) {  /* U盘的厂商和产品信息 */

061	buf[ i ] = 0;

062	printf( "UdiskInfo: %s\n", ((P_INQUIRY_DATA)buf) -> VendorIdStr );

063

}

064

065	/* 读取原文件 */

066	printf( "Open\n" );

067	strcpy( buf, "\\C51\\CH376HFT.C" );  /* 源文件名,多级目录下的文件名和路径名必须复制到RAM中再处理,而根目录或者当前目录下的文件名可以在RAM或者ROM中 */

068	printf("buf:%s\n",buf);

069	s = CH376FileOpenPath( buf );  /* 打开文件,该文件在C51子目录下 */

070	if ( s == ERR_MISS_DIR || s == ERR_MISS_FILE ) {  /* 没有找到目录或者没有找到文件 */

071	/* 列出文件,完整枚举可以参考EXAM13全盘枚举 */

072	if ( s == ERR_MISS_DIR ) strcpy( buf, "\\*" );  /* C51子目录不存在则列出根目录下的文件 */

073	else strcpy( buf, "\\C51\\CH376*" );  /* CH376HFT.C文件不存在则列出\C51子目录下的以CH376开头的文件 */

074	printf( "List file %s\n", buf );

075	s = CH376FileOpenPath( buf );  /* 枚举多级目录下的文件或者目录,输入缓冲区必须在RAM中 */

076	while ( s == USB_INT_DISK_READ ) {  /* 枚举到匹配的文件 */

077	CH376ReadBlock( buf );  /* 读取枚举到的文件的FAT_DIR_INFO结构,返回长度总是sizeof( FAT_DIR_INFO ) */

078	pDir = (P_FAT_DIR_INFO)buf;  /* 当前文件目录信息 */

079	if ( pDir -> DIR_Name[0] != '.' ) {  /* 不是本级或者上级目录名则继续,否则必须丢弃不处理 */

080	if ( pDir -> DIR_Name[0] == 0x05 ) pDir -> DIR_Name[0] = 0xE5;  /* 特殊字符替换 */

081	pDir -> DIR_Attr = 0;  /* 强制文件名字符串结束以便打印输出 */

082	printf( "*** EnumName: %s\n", pDir -> DIR_Name );  /* 打印名称,原始8+3格式,未整理成含小数点分隔符 */

083

}

084	xWriteCH376Cmd( CMD0H_FILE_ENUM_GO );  /* 继续枚举文件和目录 */

085

086	s = Wait376Interrupt( );

087

}

088

}

089	else {  /* 找到文件或者出错 */

090	TotalCount = 200;  /* 准备读取总长度 */

091	printf( "从文件中读出的前%d个字符是:\n",(UINT16)TotalCount );

092	while ( TotalCount ) {  /* 如果文件比较大,一次读不完,可以再调用CH376ByteRead继续读取,文件指针自动向后移动 */

093	if ( TotalCount > sizeof(buf) ) i = sizeof(buf);  /* 剩余数据较多,限制单次读写的长度不能超过缓冲区大小 */

094	else i = TotalCount;  /* 最后剩余的字节数 */

095

096	s = CH376ByteRead( buf, i, &RealCount );  /* 以字节为单位读取数据块,单次读写的长度不能超过缓冲区大小,第二次调用时接着刚才的向后读 */

097

098	TotalCount -= (UINT8)RealCount;  /* 计数,减去当前实际已经读出的字符数 */

099

100	for ( s=0; s!=RealCount; s++ ) printf( "%C", buf[s] );  /* 显示读出的字符 */

101	//printf("%s",buf);

102	if ( RealCount < i ) {  /* 实际读出的字符数少于要求读出的字符数,说明已经到文件的结尾 */

103	printf( "\n" );

104	printf( "文件已经结束\n" );

105

break;

106

}

107

}

108	printf( "Close\n" );

109	s = CH376FileClose( FALSE );  /* 关闭文件 */

110

111

}

112

113	UnknownUsbDevice:

114	printf( "Take out\n" );

115	while ( CH376DiskConnect( ) == USB_INT_SUCCESS ) {  /* 检查U盘是否连接,等待U盘拔出 */

116	usleep( 1000*100 );

117

}

118	usleep( 1000*100 );

119

}

120

}

好了，这节内容就到此结束了。有关FAT文件系统部分内容，建议大家自己搜索相关资料，对它进一步了解，对程序的理解很有好处。谢谢大家！