一種無驅(qū)動(dòng)RFID閱讀器的USB固件程序設(shè)計(jì)

吳小龍，張紅雨

（電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，成都 611731）

吳小龍（碩士研究生），主要研究方向?yàn)槌哳lRFID閱讀器；張紅雨（高級(jí)工程師），主要研究方向?yàn)樯漕l自動(dòng)識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式技術(shù)。

引 言

市面上大多數(shù)RFID閱讀器采用串口或PS2接口與PC通信，串口方式需要安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)，PS2接口不支持熱插拔。為了彌補(bǔ)以上兩者的缺陷，本文提出了采用USB接口與PC通信的方式。HID類設(shè)備是應(yīng)用最廣泛的一類USB設(shè)備，Windows等操作系統(tǒng)內(nèi)嵌的HID類驅(qū)動(dòng)程序、鍵盤、鼠標(biāo)等通用HID設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。從Windows98操作系統(tǒng)開始，為HID類設(shè)備提供了通用的驅(qū)動(dòng)程序，所以只要按照HID設(shè)備類的規(guī)范編寫設(shè)備的固件程序，就能夠讓W(xué)indows系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備，省去了復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序編寫過程。

1 HID設(shè)備描述符

在USB中，USB HOST通過各種描述符來識(shí)別設(shè)備。HID設(shè)備描述符包含5個(gè)USB基本描述符（設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符、字符串描述符）和3個(gè)HID設(shè)備類特定描述符（HID描述符、報(bào)告描述符、實(shí)體描述符），它們之間的關(guān)系如圖1所示。

2 HID設(shè)備枚舉

USB主機(jī)識(shí)別一個(gè)USB設(shè)備必須經(jīng)過枚舉過程，主機(jī)使用總線枚舉來識(shí)別和管理設(shè)備狀態(tài)的變化。總線枚舉過程如下：

① 連接設(shè)備。USB設(shè)備接入U(xiǎn)SB總線。

② 設(shè)備上電。USB設(shè)備可使用USB總線供電，也可使用外部電源供電。

③ 主機(jī)檢測(cè)到設(shè)備，發(fā)出復(fù)位。設(shè)備連接到總線后，主機(jī)通過檢測(cè)設(shè)備在總線的上拉電阻，檢測(cè)新的設(shè)備連接，并判斷該設(shè)備是全速設(shè)備還是低速設(shè)備，然后向該端口發(fā)送一個(gè)復(fù)位信號(hào)。

④ 設(shè)備默認(rèn)狀態(tài)。設(shè)備要從總線上接收到一個(gè)復(fù)位信號(hào)后，才可以對(duì)總線的處理操作作出響應(yīng)。設(shè)備接收到復(fù)位信號(hào)后，就使用默認(rèn)地址（00H）來對(duì)其進(jìn)行尋址。

圖1 HID各種描述符之間的關(guān)系

⑤地址分配。當(dāng)主機(jī)接收到有設(shè)備對(duì)默認(rèn)地址（00H）響應(yīng)的時(shí)候，就對(duì)設(shè)備分配一個(gè)空間地址，以后設(shè)備就只對(duì)該地址進(jìn)行響應(yīng)。

⑥ 依次讀取HID設(shè)備的設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、HID描述符、端點(diǎn)描述符、字符串描述符。

3 HID接口固件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件連接

PDIUSBD12是一個(gè)純粹的USB接口芯片，僅處理USB通信，自身不帶微控制器，需要有一個(gè)微控制器對(duì)它進(jìn)行控制。微控制器AT89S52與PDIUSBD12的連接如圖2所示。ALE接低電平表示一個(gè)獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線配置。PDIUSBD12的A0引腳控制PDIUSBD12的命令和數(shù)據(jù)狀態(tài)。AT89S52的地址和數(shù)據(jù)總線可直接與PDIUSBD12的數(shù)據(jù)總線相連。

圖2 AT89S52與PDIUSBD12硬件連接

3.2 程序設(shè)計(jì)

PDIUSBD12接收主機(jī)的建立包時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，微控制器響應(yīng)中斷，然后通過讀PDIUSBD12的中斷寄存器決定數(shù)據(jù)包是發(fā)送到控制端點(diǎn)還是普通端點(diǎn)。如果數(shù)據(jù)包是送往控制端點(diǎn)，微控制器通過讀PDIUSBD12最后處理狀態(tài)寄存器，進(jìn)一步確定數(shù)據(jù)包是否是一個(gè)建立包。然后進(jìn)入到控制端點(diǎn)輸入或輸出服務(wù)子程序。具體程序流程如圖3所示。其中，USB設(shè)備的枚舉過程由控制端點(diǎn)來完成，傳入主機(jī)顯示的數(shù)據(jù)由普通端點(diǎn)完成。

圖3 程序流程

由于程序中將設(shè)備枚舉為HID鍵盤，所以傳輸時(shí)應(yīng)滿足HID鍵盤的要求，例如在HID鍵盤的端點(diǎn)描述符中聲明，主機(jī)每10ms之內(nèi)響應(yīng)一次設(shè)備，所以每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)必須等待10ms才能傳下一個(gè)，如果兩次傳輸相同的數(shù)據(jù)，必須在其中插入一個(gè)空包（00，00，00，00，00，00，00，00），否則主機(jī)會(huì)認(rèn)為只傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)。鍵盤碼詳見HID Usage Tables，數(shù)據(jù)包由8個(gè)字節(jié)構(gòu)成，前兩個(gè)字節(jié)為0，后面為鍵值，每一個(gè)字節(jié)表示一個(gè)按鍵。理論上一次可以傳輸6個(gè)按鍵，但是實(shí)驗(yàn)過程中丟失鍵值經(jīng)常發(fā)生，所以只采用第3個(gè)字節(jié)傳輸，其余字節(jié)為0。

3.3 程序運(yùn)行結(jié)果

設(shè)備枚舉為HID鍵盤如圖4所示，成功將設(shè)備枚舉成HID鍵盤。

圖4 設(shè)備枚舉為HID鍵盤

圖5 數(shù)據(jù)傳輸

首先利用RFID閱讀器的桌面DEMO程序給標(biāo)簽的USER區(qū)寫入驗(yàn)證的數(shù)據(jù)，然后利用閱讀器將寫入的數(shù)據(jù)讀取，經(jīng)過HID方式傳送到記事本上，數(shù)據(jù)傳輸如圖5所示。

結(jié) 語

本設(shè)計(jì)滿足了RFID閱讀器傳輸數(shù)據(jù)量不大，速度要求不高，但必須在短時(shí)間內(nèi)作出響應(yīng)的要求。設(shè)備無須編寫驅(qū)動(dòng)程序，連接PC后就能工作，縮短了開發(fā)的時(shí)間。

［1］劉榮.圈圈教你玩USB［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

［2］周立功.PDIUSBD12USB固件編程與驅(qū)動(dòng)程序［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［3］Philips Semiconductors.PDIUSBD12USB interface device with parallel bus［EB／OL］.［2012－03］.http：／／www.gaw.ru／pdf／Philips／usb／PDIUSBD12.pdf.

［4］Universal Serial Bus Specification［EB／OL］.［2012－03］.http：／／polimage.polito.it／～lavagno／esd／usb＿20.pdf.

［5］Universal Serial Bus HID Usage Tables［EB／OL］.［2012－03］.http：／／www.usb.org／developers／devclass＿docs／Hut1＿12v2.pdf.