引   言

       USB接口已經(jīng)在無線接入設(shè)備、電子商務(wù)、安全鑰匙、PDA及計(jì)算機(jī)便攜式外設(shè)上有了廣泛的應(yīng)用。本次Freescale杯設(shè)計(jì)競(jìng)賽推薦的兩款單片機(jī)帶有USB接口，它們是支持高速、全速USB傳輸?shù)腗C9S12UF32和支持低速USB傳輸?shù)腗C68HC908JB8/16。

       MC9S12UF32 單片機(jī)

       MC9S12UF32是16位單片機(jī)中低價(jià)位、高性能HC/S12家族中的一員。由S12內(nèi)核(Star Core CPU)，加其它標(biāo)準(zhǔn)的片上模塊組成，包括32K字節(jié)FLASH EEPROM，3.5K字節(jié)RAM，1.5K隊(duì)列QRAM，高速USB2.0(480Mb/s)接口，給USB批量數(shù)據(jù)傳輸使用的集成隊(duì)列控制器(IQUE)，ATA5接口(PCI總線接口)，U盤類FLASH接口(Compact FLASH)，SD/MMC接口，智能多媒體接口，記憶棒接口，一個(gè)16位8通道定時(shí)器，串行通訊接口，73個(gè)獨(dú)立氖諭/O通道和2個(gè)輸入通道。系統(tǒng)集成模塊(SIM)負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)資源的映射、時(shí)鐘產(chǎn)生、中斷控制和總線接口。MC9S12UF32系統(tǒng)總線為16位寬。外部總線可以在8位窄模式下工作，這使得在低成本系統(tǒng)中可以使用單個(gè)8位寬存儲(chǔ)器。特別地，IQUE模塊控制了一條專門的內(nèi)部總線，這條總線使得從存儲(chǔ)接口到USB模塊可以保持每秒60M字節(jié)的傳輸率。

       可以說這款單片機(jī)是專門為高速USB存儲(chǔ)設(shè)備接口設(shè)計(jì)的。使用這款芯片的主要模塊是集成隊(duì)列控制器(IQUE)、USB2.0接口和眾多存儲(chǔ)控制器接口(如ATA5)中的一個(gè)或多個(gè)。CPU本身起到了對(duì)系統(tǒng)的配置和控制作用，真正的數(shù)據(jù)傳輸通過IQUE作為中介完成，不需要CPU的干預(yù)，這是利用這款芯片進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的思路。

       集成隊(duì)列模塊IQUE由三個(gè)主要部分組成：QUE控制器、QUE集成模塊(QIM)和1.5K字節(jié)，寬度可定義為16位的靜態(tài)隊(duì)列RAM(QRAM)。QUE控制器有四個(gè)通道，它們可以在單個(gè)IQUE時(shí)鐘周期內(nèi)移動(dòng)一個(gè)字節(jié)或者一個(gè)16位字。QIM內(nèi)部的復(fù)用和控制邏輯允許QRAM在QUE控制器和CPU之間共享。模塊有三個(gè)總線接口：外設(shè)(IP)總線接口，IP 先進(jìn)先出緩沖接口(FIFO)和S12的CPU接口(EEPROM總線)。

       集成隊(duì)列模塊IQUE可以在不需CPU干預(yù)的情況下進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)塊傳輸，并且由于隊(duì)列數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在CPU不使用QRAM的時(shí)間段內(nèi)，因此不需要借用CPU總線周期。一個(gè)快速通道專門供高數(shù)據(jù)速率的外圍設(shè)備使用。即使CPU在使用QRAM，該通道也能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挕２煌贒MA控制器，IQUE是專門面向高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)的，傳輸隊(duì)列的一端是單片機(jī)內(nèi)的外圍設(shè)備，另一端是QRAM。這種設(shè)計(jì)大大減少了地址指針，計(jì)數(shù)器和其它控制邏輯的數(shù)目，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。

       在數(shù)據(jù)隊(duì)列的自動(dòng)傳輸過程中，數(shù)據(jù)以FIFO的方式寫入或傳出QRAM。CPU可以通過對(duì)QUE控制器寄存器的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)QRAM的寫入或者讀出，這些寄存器作為FIFO數(shù)據(jù)端口工作。特別地，CPU可以用普通的讀或?qū)懛绞綄?duì)QRAM進(jìn)行隨機(jī)訪問。當(dāng)從FIFO數(shù)據(jù)端口訪問QRAM中的信息時(shí)，指針會(huì)自動(dòng)更新，此時(shí)QRAM緩沖區(qū)以環(huán)形或線性FIFO方式工作。FIFO的起始指針和末尾指針也可以直接修改。

       QUE控制器中的四個(gè)隊(duì)列通道可以以接收隊(duì)列或者發(fā)送隊(duì)列方式工作。轉(zhuǎn)移方式只是把一個(gè)接收通道和發(fā)送通道聯(lián)系到同一塊QRAM FIFO緩沖區(qū)上，這樣數(shù)據(jù)就可以在沒有CPU的干預(yù)下自動(dòng)從一個(gè)外設(shè)傳送到另一個(gè)外設(shè)。當(dāng)某一個(gè)隊(duì)列通道關(guān)閉時(shí)，與該通道相聯(lián)系的FIFO緩沖區(qū)可以作為軟件緩沖區(qū)使用。

       USB2.0模塊依靠片上USB設(shè)備控制器(UDC20)和USB物理層接口(UPHY)，支持USB全速和高速協(xié)議。USB2.0模塊的示意框圖如圖1所示。

                                 圖1  USB2.0模塊方塊圖
      
       UDC20模塊通過IP總線處在S12內(nèi)核的編程控制中。有6個(gè)獨(dú)立的端點(diǎn)，它們可以配置為控制、中斷、批量或者同步傳輸?shù)腎N/OUT端點(diǎn)。兩個(gè)64字節(jié)的端點(diǎn)緩沖區(qū)分配給了物理端點(diǎn)1，該端點(diǎn)默認(rèn)為控制端點(diǎn)。另外三個(gè)64字節(jié)緩沖區(qū)分配給了物理端點(diǎn)2，3和6。