摘要：基于USB的车辆测试数据传输系统的原设计方案不便于跨操作系统平台应用。无法实现与计算机和外接USB存储设备的双向通信、驱动安装、偶尔故障等。针对上述问题，本文提出了一种车辆测试数据传输系统驱动免费USB主从的设计方法。该方法以USB接口芯片CH378为核心设计USB主从传输系统，通过特殊的USB主从状态电路，通过嵌套USB2实现USB主从模式的自动切换。0协议、USBMassStorage协议、FAT32文件系统协议实现了无需驱动即可获取测试数据的功能。本文主要介绍了新型车辆测试数据传输系统的总体设计方案、CH378硬件接口电路、USB主从状态电路以及USB从模式下的无驱动功能的实现。通过实验验证，本设计可以实现了车辆测试数据传输系统的免驱动USB主从功能，为车辆测试数据传输系统的应用和维护带来了方便。
关键词：USB主机；USB从机；免驱；CH378
1前言
为了满足移动车辆的测试和恶劣的环境，车载数据采集分析系统通常采用存储测试技术。在车辆道路测试过程中，数据传输和导出的速度和方便性成为后续分析的重要保证。随着USB总线等优良特性的热插拔插头，即插即用，简洁界面，低成本和可靠的性能，它已成为一个主要传播方式现有的车载测试系统将收集到的数据通过USB总线和接口上电脑。在车载USB数据传输系统的传统设计中，经常使用一些成熟的USB端口/并行端口芯片或特定厂家的USB接口芯片来构建系统。该方案难度低，开发周期短，能够满足车载测试系统数据传输的应用要求。但是，该方案存在以下缺点：1）应用前需要安装相应的模块/芯片驱动程序。这些芯片驱动程序可能与现有系统组件发生冲突，导致安装失败或应用中出现错误，给测试人员带来不便;2）难以快速满足数据传输的跨平台应用需求;3）野外作业时，必须携带上位机导出数据，数据不能临时转移到U盘等便携式存储设备。因此，为了满足现场应用的需要，需要新开发的车载测试数据传输系统来实现无驱动USB主从功能。
2系统总体设计
无驱动USB主从机车负载测试数据传输系统主要由主控模块、存储模块、USB主从模块、测试接口模块和辅助支撑能量模块组成。主控制模块负责整个车载数据传输系统的控制逻辑处理，实现USBMassStorage协议和FAT32协议。存储模块用于实现Flash存储。USB主从通信模块主要负责传入USB协议的封拆，以及USB主从之间或USB外部存储设备之间的通信。此外，该模块还需要负责USB主从模式自动切换的实现。测试接口模块用于实现特定的测试功能。辅助功能模块主要实现整个系统的供电和时钟分布。由于本文主要阐述的是驱动自由USB主从的实现方法，所以在以下内容中不详细介绍存储模块、测试接口模块和辅助功能模块的具体实现。
3硬件设计方案
USB主从实际编程的难点如下：首先，要有一个合适的USB接口协议芯片，可以同时支持USB主从和USB备用;其次，应该有相应的外部主/从开关电路，可以动态识别当前系统USB接口的工作模式。以下是对相关内容的详细描述。
3.1USB接口芯片的选择
通过比较几家主流USB接口协议芯片厂商的相关产品，最终选择了南京秦恒公司生产的USB接口芯片CH378。这是一个USB2。0总线的通用接口芯片支持USB主机和USB设备的接口，支持动态切换。在主机模式下工作时，由于嵌入了USB通信协议基本固件和FAT文件系统的管理固件，可以快速实现U盘或SD卡的读写功能。但是，在从模式下，只有基本的USB通信协议固件可用。如果要实现基于USBMassStorage协议的无驱动功能，需要使用主控模块完成相应的功能固件编写。在本地端，CH378具有8位并行口、SPI接口和异步串口，主控芯片可以通过上述任何通信接口控制CH378芯片。考虑到对最终数据传输速度的高要求，本文选择8位并行端口实现CH378的通信控制。USB主机/设备与CH378芯片之间的信号传输通过USB总线D+和D完成。
3.2主控与USB模块接口电路设计
主要控制和USB模块接口电路设计。CH378采用8位并联方式与主控芯片连接。它包括双向数据通用线路D[0：7]、并联芯片选择信号线PCS#（按表信号码显示的#低电平有效）、并联读通信线路RD#、并联写通信线路WR#和并联地址信号线A0。主控芯片将CH378作为I/O设备，通过上述信号线和特殊的I/O指令操作CH378的内部寄存器。CH378的地址行A0用作选择寄存器或数据寄存器。当CH378是由于USB2。当通讯事件被中断时，请向主控芯片请求中途突破中断信号线INT#。主控芯片通过这条命令获得中断状态，并分析中央中断的原因并进行处理。在本设计中，INT#将符合主从状态信号线的USB_MS，形成USB主从自动交换机系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，为了保证CH378能够有效复位，CH378的外部复位信号线RSTI#连接到主控制芯片对应的IOpin上。
3.3USB主从机自动切换的实现
CH378芯片虽然支持主从机的切割和更换，但不能根据外部连接独立设置。这里通过特殊的USB主从状态电路获得外部连接状态，通过主控模块操作CH378实现主从的实时切换。D2和D3是肖特基二极管，使得两个二极管之间的节点电压低于内部USB供电电压VCC和外部标准USB供电电压USBVCC。R3、R7、R4、R8分别构成两个分压网络，将输入共模比较电压降至比较器LM393的可接受范围。当没有外部连接时，R7上的采样电压高于R8上的采样电压。因此，比较器LM2903输出USB_MS低电平。当外部连接USB从设备（如USB存储设备）时，comparatorLM393的输出USB_MS仍处于低电平状态，CH378将用set和insertINT#制作一台主控单片机。当USB主机（如机器）通过延长线插入USB接口，USB接口的USB主机提供5v电源使USBVCC比高压二极管节点之间，高于设备LM393失去USB电力_MS，CH378也生产设备插入到中断信号的主要控制单片机。因此，通过比较器LM393的输出USB_MS和CH378的中断信号，INT#可以自主区分本地USB接口的工作模式。当本地USB接口在主机模式下工作时，如果设备有外部USB接入，会产生较大的瞬态电流，导致系统内部电压波动。为了减少过渡瞬态电流的影响，防止外部线路短路故障，采用USB电源管理芯片U1进行限流失效管理。当与将C1的并行存储能量作为前导行解耦。当出现过流或短路时，U1将根据过流大小和持续时间判断是否关闭外部USB设备的电源。同时，在FLG引脚上输出低电平，表示过流或外部短路。此时，D1将被点亮。
4固件设计方案
基于USBmassstorage协议，车载测试数据传输系统虚拟到USB存储设备。当车载测试数据传输系统通过USB电缆连接到上位机的USB接口时，上位机的USB主机控制器根据USB协议对设备进行枚举。车载测试数据传输系统根据大容量存储设备的特点返回设备描述符和端点描述符。当设备完成时，上位机通过SCSI的上位协议与设备进行通信。在通信过程中，车载测试数据传输系统将向主机返回预定义的存储设备参数和MBR数据。如果返回的数据符合大容量存储协议，MBR数据符合操作系统定义的标准，USB数据传输系统将被识别为上位机的大容量存储设备。
4.1虚拟USB存储设备类
根据USB2.0协议通过在接口描述符中将binter-faceclass字段设置为08H来将设备类别定义为一个USB存储类，以便操作系统可以使用默认的USB存储类驱动程序在USB设备上操作。
4.2虚拟文件系统实现
USB主机通过SCSI命令进行行读和写操作，但读写数据需要按照特定的文件系统数据类型进行组织，以便正确理解操作系统。这允许操作系统使用相应的文件系统驱动程序解析数据。如果它不符合特定的文件系统规范，就像使用未格式化的USB存储设备，在主机上无法正确读取，操作系统将要求相应地执行格式化。
5结束语
提出了一种车载测试数据传输系统的无驱动USB主从设计方法。本设计方案可实现车载测试数据传输系统与计算机及外部USB存储、存储之间的双向通信，并可根据外部情况自动切断和更换主从机。此外，当负载测试数据传输系统作为USB从设备使用时，USB2被嵌入。0协议、USBMassStorage协议、FAT32文件系统协议，最终实现了无需驾驶即可获取测试数据的能力，方便了车辆负载测试数据传输系统的使用和维护。
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论文作者:李博中
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/1/18
标签：主从论文; 数据传输论文; 接口论文; 测试论文; 系统论文; 芯片论文; 模块论文; 《基层建设》2018年第35期论文;