C8051F340之USB简介

背景

需求为实现一个键盘产品，于是将C8051F340作为主控制器。本篇记录C8051F340的USB控制器相关知识点，阅读本篇文章需要读者具有最基本的USB相关知识。

正文

1. C8051F340结构
   C8051F340，以下简称F340，为silicon公司出品的8位单片机，具有USB接口，可支持USB全速/低速两种模式，USB功能控制器包括一个串行接口引擎（SIE），一个USB收发器，1k FIFO块，该控制器物理层遵循USB2.0通信协议，架构图如下：
   
   此处可以将USB看做一个独立于F340的外设， F340通过USB控制器提供的寄存器来控制USB控制器，其内部共含有4个物理端点，端点0可同时含有IN/OUT双向通道，端点1-端点3为单向通道，但可将对应的3个端点模拟为双向通道，只需将对应端点的FIFO部分配置为两部分——IN/OUT，在USB运行中，改变对应方向寄存器即可。
   F340只能作为USB从设备。

2. C8051F340之USB寄存器读写方式
   USB所有的寄存器都通过两组特殊功能寄存器(SFR)访问：
   USB0 Address(USB0ADR)：对应的要读写寄存器的地址；
   USB0 Data(USB0DAT)：对应寄存器读或写的数据。
   即先将要访问的寄存器地址写入USB0ADR，下一步操作USB0DAT则完成对对应寄存器读/写操作，对应读写宏定义如下：

#define POLL_READ_BYTE(addr, target) while(USB0ADR & 0x80); 
                                     READ_BYTE(addr, target);
#define READ_BYTE(addr, target) USB0ADR = (0x80 | addr); 
                                while (USB0ADR & 0x80); target = USB0DAT

#define POLL_WRITE_BYTE(addr, data) while(USB0ADR & 0x80);  
                                    WRITE_BYTE(addr, data);
#define WRITE_BYTE(addr, data) USB0ADR = (addr); USB0DAT = data;

3. C8051F340 USB时钟配置
   USB可通过寄存器USB0XCN配置USB为全速/低速模式。当选择为低速模式时，USB0的时钟必须为6MHZ，当工作在全速模式时，USB0必须工作在48MHZ，时钟的配置方法在另一篇博客Silicon C8051F340之时钟系统中已详述。注意配置CLKREC(Clock Recovery Control)寄存器，Clock Recovery circuitry的作用是用来将USB数据流与控制器内部时钟相同步，使USB控制器能准确读取到USB主机输入的USB数据流，配置方法文档内已说的很明白，不再重复。以下为配置USB为全速模式的示例代码：

void USB0_Init (void)
{
   POLL_WRITE_BYTE (POWER, 0x08);      // Force Asynchronous USB Reset
   POLL_WRITE_BYTE (IN1IE, 0x07);       // Enable Endpoint 0-1 in interrupts
   POLL_WRITE_BYTE (OUT1IE,0x07);      // Enable Endpoint 0-1 out interrupts
   POLL_WRITE_BYTE (CMIE, 0x07);       // Enable Reset, Resume, and Suspend interrupts
   USB0XCN = 0xE0;                     // Enable transceiver; select full speed
   POLL_WRITE_BYTE (CLKREC,0x89);      // Enable clock recovery, 
                                       // single-step mode disabled
   EIE1 |= 0x02;                       // Enable USB0 Interrupts
                                       // Enable USB0 by clearing the USB
   POLL_WRITE_BYTE (POWER, 0x01);      // Inhibit Bit and enable suspend
                                       // detection
}

4. C8051F340 USB中断
   作为一个用户（单片机的编程者），在USB0中断中，我们只需要关心3大类中断寄存器即可，CMINT(Common interrupt)（公共中断寄存器），IN1INT（输入端点中断寄存器），OUT1INT（输出端点中断寄存器）。USB的通信协议规定，端点0通常用来传递配置信息，其他端点根据端点类型（大容量或是中断或是同步）来传递不同的端点数据，USB通信细节本篇不再赘述，会在博客USB通信详解系列中详述。以下贴出USB0中断处理代码，会更加直观些：

void Usb_ISR (void) interrupt 8        // USB中断入口
{

	unsigned char bCommon, bIn, bOut;
	POLL_READ_BYTE (CMINT, bCommon);	// USB0公共中断寄存器
	POLL_READ_BYTE (IN1INT, bIn);		// USB0输入端点中断寄存器
	POLL_READ_BYTE (OUT1INT, bOut);		// USB0输出端点中断寄存器
	{
		if (bCommon & rbRSUINT) {		// 恢复
			Usb_Resume ();
		}
		if (bCommon & rbRSTINT) {		// 复位
			Usb_Reset ();
		}
		if (bCommon & rbSUSINT)  {		// 挂起
			Usb_Suspend ();
		}
		if (bIn & rbEP0) {				// 端点0中断处理
			Handle_Control ();			
		}
		if (bIn & rbIN1) {          	// 端点1输入中断处理
			Handle_In1 ();				
		}
		if (bOut & rbOUT1) {			// 端点1输出中断处理
			Handle_Out1 ();				
		}
	}
}

从以上代码可以看出，当有数据来或是需要写的时候，使能了对应中断，则SIE即会产生相关中断，通知MCU来处理对应的USB数据。具体如何处理对应的数据会在博客USB通信详解系列中详述。

至此，记录完毕。

参考链接：

C8051F340数据手册。

记录时间：2017-4-6
记录地点：深圳WZ