嵌入式USB主机系统设计

在USB的拓扑机构中居于核心地位的是主机（Host），任何一次USB的数据传输都必须由主机来发起和控制，所有USB设备都只能和主机建立连接，任何两个外设之间或是两个主机之间无法直接通信。而目前，大量扮演主机角色的是个人电脑PC。目前所买到和使用的USB设备基本都是只具备USB设备的功能而不具备主机功能，比如USB接口的移动硬盘、数码相机、打印机等。所有这些设备都只能在USB Host上使用，也就是通常只能通过PC来进行相互的文件和数据交换。没有了PC主机，这些设备是不能互联的。

1 USB系统模型和拓扑结构

最简单的USB系统模型组成是以USB主机为核心，以外围的USB设备为特定功能的设备模块。即USB提供的是主机和设备中间的一种数据通信服务。此外，为了构建更复杂的USB系统，还需要加上USB集线器（Hub）。

USB主机包括PC或嵌入式系统两种类型，每一次USB数据通信都必须是由USB主机来发起的（远程唤醒模式除外），主机管理着每个USB设备。即使新兴的USB On-The-Go设备，其核心部分仍然是嵌入了USB主机的功能。本方案主要是基于嵌入式USB主机的USB系统模型。

USB的拓扑体系由3种元素组成：主机、Hub和设备，通过Hub的级联，构成了层次化的星形结构。USB的拓扑结构如图1所示。

2 硬件设计

2．1 电源电路

电源电路的组成如下：

系统采用双电压给电方式；触发器采用3．3 V给电；1284收发器采用5 V和3．3 V的双电压给电方式。在交流适配器中将干扰过滤后，提供5 V直流电压。3．3 V直流电压由固定输出电源模块来提供。电源系统结构如图2所示。

2．2 USB接口电路

为了给USB总线安全的提供电源，采用电源管理芯片，利用MCU来管理USB总线的电源。系统reset时，为了使与其连接的USB设备不进行误操作，关闭USB电源；总线电路异常而导致过流（over current）时，系统自动关闭电源并通知MCU。并且还采用压敏电阻（vatistor）来防止静电（ESD）；采用共模轭流线圈（Common Mode Choke Coil）来减少对总线差模数据的干扰。USB Host接口部分的电路如图3所示。

2．3 MCU程序下载电路

由RS232端口来下载MCU程序，对应的电路图如图4所示。

DR9插座和MAX232置于单独的下载板上，利用8PIN插座和主板（SPP／USB转换主板）来连接。异步串行接口下载程序时，各管脚设置如下所示：

P60=‘L’，P61=‘L’；

MD0，MD1，MD2=‘HHL’。

2．4 Reset电路

在MB90F337内部有上电复位（power on reset）功能，在外部reset电路发生外部reset请求。外部reset电路的初步想法如图5所示。使用的复位芯片（reset Chip）是PST9231。reset时间利用外部电容，设置为40～50 ms之间。