一种无驱动RFID阅读器的USB固件程序设计

2012-06-25吴小龙张红雨

单片机与嵌入式系统应用 2012年7期

吴小龙，张红雨

（电子科技大学电子工程学院，成都 611731）

吴小龙（硕士研究生），主要研究方向为超高频RFID阅读器；张红雨（高级工程师），主要研究方向为射频自动识别、物联网和嵌入式技术。

引言

市面上大多数RFID阅读器采用串口或PS2接口与PC通信，串口方式需要安装USB转串口驱动，PS2接口不支持热插拔。为了弥补以上两者的缺陷，本文提出了采用USB接口与PC通信的方式。HID类设备是应用最广泛的一类USB设备，Windows等操作系统内嵌的HID类驱动程序、键盘、鼠标等通用HID设备得到了广泛的应用。从Windows98操作系统开始，为HID类设备提供了通用的驱动程序，所以只要按照HID设备类的规范编写设备的固件程序，就能够让Windows系统自动识别设备，省去了复杂的驱动程序编写过程。

1 HID设备描述符

在USB中，USB HOST通过各种描述符来识别设备。HID设备描述符包含5个USB基本描述符（设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符）和3个HID设备类特定描述符（HID描述符、报告描述符、实体描述符），它们之间的关系如图1所示。

2 HID设备枚举

USB主机识别一个USB设备必须经过枚举过程，主机使用总线枚举来识别和管理设备状态的变化。总线枚举过程如下：

① 连接设备。USB设备接入USB总线。

② 设备上电。USB设备可使用USB总线供电，也可使用外部电源供电。

③ 主机检测到设备，发出复位。设备连接到总线后，主机通过检测设备在总线的上拉电阻，检测新的设备连接，并判断该设备是全速设备还是低速设备，然后向该端口发送一个复位信号。

④ 设备默认状态。设备要从总线上接收到一个复位信号后，才可以对总线的处理操作作出响应。设备接收到复位信号后，就使用默认地址（00H）来对其进行寻址。

图1 HID各种描述符之间的关系

⑤地址分配。当主机接收到有设备对默认地址（00H）响应的时候，就对设备分配一个空间地址，以后设备就只对该地址进行响应。

⑥ 依次读取HID设备的设备描述符、配置描述符、接口描述符、HID描述符、端点描述符、字符串描述符。

3 HID接口固件设计与实现

3.1 硬件连接

PDIUSBD12是一个纯粹的USB接口芯片，仅处理USB通信，自身不带微控制器，需要有一个微控制器对它进行控制。微控制器AT89S52与PDIUSBD12的连接如图2所示。ALE接低电平表示一个独立的地址和数据总线配置。PDIUSBD12的A0引脚控制PDIUSBD12的命令和数据状态。AT89S52的地址和数据总线可直接与PDIUSBD12的数据总线相连。

图2 AT89S52与PDIUSBD12硬件连接

3.2 程序设计

PDIUSBD12接收主机的建立包时产生一个中断，微控制器响应中断，然后通过读PDIUSBD12的中断寄存器决定数据包是发送到控制端点还是普通端点。如果数据包是送往控制端点，微控制器通过读PDIUSBD12最后处理状态寄存器，进一步确定数据包是否是一个建立包。然后进入到控制端点输入或输出服务子程序。具体程序流程如图3所示。其中，USB设备的枚举过程由控制端点来完成，传入主机显示的数据由普通端点完成。

图3 程序流程

由于程序中将设备枚举为HID键盘，所以传输时应满足HID键盘的要求，例如在HID键盘的端点描述符中声明，主机每10ms之内响应一次设备，所以每传输一个数据必须等待10ms才能传下一个，如果两次传输相同的数据，必须在其中插入一个空包（00，00，00，00，00，00，00，00），否则主机会认为只传输一个数据。键盘码详见HID Usage Tables，数据包由8个字节构成，前两个字节为0，后面为键值，每一个字节表示一个按键。理论上一次可以传输6个按键，但是实验过程中丢失键值经常发生，所以只采用第3个字节传输，其余字节为0。