基于M8SS storage CBI协议在绣花机上实现高质量高速率的数据传输

引言

绣花机广泛用于纺织行业，基本原理为读取绣花花版文件到主控设备，进行固定算法的花版解释，控制绣花机机头进行绣花动作，目前广泛利用USB接口读取花版文件。USB协议对所有USB设备进行分类，同类型的设备拥有一些共同的行为特征和传输协议，在此基础之上USB协议又划分了子类设备，进一步区分相同类设备的属性，以利于设计主机与设备的数据传输。对于USB大容量存储设备（mass storage device）设计，普遍采用两种基本传输方式：CBI和BULKONLY。使用较多的是BULKONLY协议，主要应用在U盘存储设备；而CBI协议由于具有中断传输的特性，主要应用在USB硬盘及工业上普遍使用的USB软盘驱动器，目前，在绣花机的使用过程中也需要磁盘读写花版文件，这样的好处是保密性强、可随时更换，可以作为U盘的很好补充。

1 M8SS storage CBI协议介绍

在CBI协议的描述中，必须采用4种传输方式和通道进行主机和设备的数据交换，这4种方式称为端口，按顺序为：O，控制传输；1，块输入 （bulkin）；2，块输出（bulk-out）；3，中断传输。这与普通U盘设备采用2个传输端口有明显区别。控制端口0主要用来在主机和设备间传送 USB标准命令和对硬盘的控制命令集，批量输入端口1和批量输出端口2用来传输大量块数据，中断端口3用来返回命令的发送状态用于主机产生中断。

1．1 数据传输过程

在对设备进行任何操作前，主机都必须发送mass_storage_ufi协议中定义的相关UFI命令块（USB FloppyInterface Command）。从控制端口0传送到设备，命令块被分为无数据、数据进、数据出3种类型。主机将以指定类请求ADSC开始命令传输，接着在控制传输的数据阶段传输命令块。指定类请求命令包如表1所列。

对于CBI设备来说，主机每次发送UFI命令块前都必须由指定类请求ADSC引导，否则设备不识别。以下是发送一组UFI命令响应的过程举例：

在主机命令发送得到接收正确响应ACK（确认接收）后，设备会从端口3自动返回2字节状态码，用于主机产生中断（中断不是必须），数据传输状态如下：

命令发送全过程完毕，当需要数据输入／输出时，设置主机发送IN／OUT PID请求，设备按照请求通过BULK-IN／OUT端口传输数据，每次发送的字节数根据设备描述符所定义的端口最大吞吐量。

1．2 CBI设备描述符及枚举过程

按照USB协议，所有USB设备接入主机后，主机进行设备枚举，识别此设备属于USB范畴的哪一类，以及该类型中的哪一子类；然后对此设备进行配置，直到该设备能进行正确读写。这些枚举信息都已固化在USB设备中，主机只进行提取操作。

CBI协议存储设备支持很多描述符，主要且必须支持下列USB描述符：

①设备描述符（device descriptor）

②配置描述符（configuration descriptor）

③接口描述符（interface descriptor） CBI存储设备至少应支持1个数据接口。

④端点描述符（endpoint descriptor） 除用作初始化和命令传输的控制端口Endpoint 0外，CBI存储设备还必须支持批量输入、批量输出、中断3种端点，配置、接口、端口描述符是在主机一次请求时接收的。

当某设备描述符被识别为mass storage device类CBI设备子类后，主机进行第2次枚举，对设备进行相关配置和初始化。具体枚举过程通过第1次枚举所配置的端口，发送相关请求命令，进行初始化的数据输入／输出。具体函数及功能如下：

2 USB 软驱主机程序设计

2．1 开发平台介绍

开发平台主要包括：

①MCU S3C24IOA（绣花机主芯片）

②USB芯片 SL811HS

③开发语言 嵌入式C语言

④编译环境 CodeWarrior for ARM Developer SuiteVl．2

⑤仿真器 Magic-ICE

⑥USB软驱类型 SONY MPF82E-U1磁盘驱动器

2．2．1 USB设备的枚举

USB软驱首先要进行设备枚举，主机通过控制端口0向设备发送DeviceRequest命令。DeviceRequest命令主要有 Get_Descriptor，Set_Address，Set_Config，Set_Interface等，而Get_Descriptor描述符又可分为Device_Descriptor、Configuration_Descriptor、Interface_Descrip-tor、 Endpoint_Descriptor，枚举阶段所有的请求都是基于setup ID。根据不同的请求命令，配置相应的协议栈。以下是配置接收描述符的部分参数，以设备描述符为例：

配置请求参数完成以后，利用USB数据传输函数usbXfer（）来传输该请求。usbXfer（）必须完全遵循USBl．1协议。该函数具体算法流程如图1所示。

2．2．2 大容量存储设备的枚举

此阶段任务的中心是对主机发送UFI命令的处理。ADSC请求是UFI命令的前导，通过控制端口0以setup数据包发送，接着仍通过端口0以数据包的形式发送UFI命令包。命令包均为12字节，发送前暂存在ufi［］数组中。以CBI_Read（unsigned long lba，unsigned charlen，unsigned char* pBuffer）函数为例叙述命令发送过程，其他枚举函数实现基本原理相同。CBI_Read（）函数读取扇区数据到指定数组，源程序如下：

该程序段成功返回标志着所发指令执行正常，且最后读写USB软驱首扇区数据正确。

2．3 绣花机花版文件读取

实现读写磁盘首扇区数据功能，可以结合上层FAT文件系统读取磁盘中的花版文件。FAT文件系统中所有文件都作为链表存在，在文件系统的文件目录项中标明了文件的一些相关信息，如文件名、扩展名、文件属性、修改时间、起始簇号（簇是文件系统中的最小读写单位，一般为32字节），如表2所列。

由于文件是以簇链的形式存在，所以可以根据起始簇号设计程序来读取磁盘中该文件的所有簇数据，进而抓取所需花版文件。

结语

CBI协议和BULKONLY协议是当今USB大容量存储设备使用最多的传输方式。两种方式各有特点，本文只详细讲解了CBI传输应用到USB软驱上的实现方法和原理。这方面内容属于USB协议中很重要的子协议，可应用到USB通信设计中。开发人员可以借鉴CBI传输模式的诸多优点实施高质量高速率的数据传输。

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