RS232接口转USB接口的通讯方法介绍

电子发烧友网工程师 发表于 2018-02-20 16:46:00 收藏 已收藏
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RS232接口转USB接口的通讯方法介绍

电子发烧友网工程师 发表于 2018-02-20 16:46:00

  一、引言

  USB作为一种的PC机互连协议,使外设到计算机的连接更加高效、便利。这种接口适合于多种设备,不仅具有快速、即插即用、支持热插拔的特点,还能同时连接多达127个设备,解决了如资源冲突、中断请求(IRQs)和直接数据通道(DMAs)等问题。而RS-232是单个设备接入计算机时,常采用的一种接入方式,其硬件实现简单,因此在传统的设备中有很多采用了这种通信方式。一般的IC卡门禁考勤系统也使用RS-232接口与PC机通信。如果将USB技术应用于IC卡门禁考勤系统与PC机之间的数据通信,这样,不仅能使IC卡门禁考勤设备具备USB通信的诸多优点,而且对PC机而言还可以节余1个RS-232串口为其它通信所用。

  二、USB系统概述

  USB规范描述了总线特性、协议定义、编程接口以及其它设计和构建系统时所要求的特性。USB是一种主从总线,工作时USB主机处于主模式,设备处于从模式。USB系统所需要的唯一的系统资源是,USB系统软件所使用的内存空间、USB主控制器所使用的内存地址空间(I/O地址空间)和中断请求(IRQ)线。USB设备可以是功能性的如显示器、鼠标或者集线器之类。它们可以作低速或者高速设备实现。低速设备最大速率限制在1.5Mb/s,每一个设备有一些专有寄存器,也就是端点(endpoint)在进行数据交换时,可以通过设备驱动间接访问它。每一个端点支持几种特殊的传输类型,并且有一个唯一的地址和传输方向。不同的是端点0仅用作控制传输,并且其传输可以是双向的。

  系统上电后,USB主机负责检测设备的连接与拆除、初始化设备的列举过程,并根据设备描述表安装设备驱动后自动重新配置系统,收集每个设备的状态信息。设备描述表标识了设备的属性、特征,并描述了设备的通信要求。USB主机根据这些信息配置设备、查找驱动,并且与设备通信。

  典型的USB数据传输是由设备驱动开始的,当它需要与设备通信时,设备驱动提供内存缓冲区,用来存放设备收到或者即将发送的数据。USB驱动提供USB设备驱动和USB主控制器之间的接口,并将传输请求转化为USB事务,转化时需要与带宽要求及协议结构保持一致。某些传输是由大块数据构成的,这时需要先将它划分为几个事物再进行传输。

  具有相似功能的设备可以组成一类,这样便于分享共有的特性和使用共同的设备驱动程序。每个类可以定义其自己的描述符,如:HID类描述符和Report描述符。HID类是由人控制计算机系统的设备组成的,它定义了一个描述HID设备的结构,并且表明了设备的通信要求。HID设备描述符必须支持端点输入中断,固件也必须包括一个报告描述符,表明接收和发送数据的格式。在IC卡门禁考勤系统引入RS-232到USB的接口转换模块后,从系统所具有的特性来看,应该属于HID设备。因此两种特殊的HID类请求必须被支持:SetReport和GetReport.这些请求使设备能接收和发送一般的设备信息给主机。在没有中断输出终端时,SetReport是主机发送数据给HID设备的唯一方式。

  三、系统要求

  为了实现IC卡门禁考勤系统中RS-232-USB的接口转换,需要1台支持USB的主机,同时还要提供主机上用于与外设通信的驱动,一般由操作系统提供。此外,还需开发在主机上执行的客户端应用程序。在设备端需要提供具有USB接口的主控制器芯片,以及编写主控制器上执行的USB通信代码和用于执行外设功能的相关代码。

  1、主机要求

  主机必须能够通过设备驱动接收USB数据,并且使这些数据对处理这些请求的应用程序有效。在主机中必须有一个驱动负责处理USB传输、辨识设备、向USB设备收发数据;同时,还需要有一个设备驱动-虚拟化串行口,仿效真实的串口。这个驱动必须能够像真实的串口接收和发送USB数据。

  从应用的观点,设备驱动必须能收发数据,可以通过使用一个虚拟化的串口或通过转化为USB数据实现。微软提供了一个叫作USBPOS的设备驱动,它允许应用程序访问USB设备时,好像它们连接到标准串口上一样。系统大致结构方框图如图1所示。

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