嵌入式USB设计

仪器仪表评论

简介

USB接口日渐流行。这里展示的是我们近年完成的部分嵌入式USB设计，包括USB HOST和 Device 两类。USB HOST上有我们自主开发（C源代码）的HOST驱动和HID、Mass Storage类，并实现了FAT12/16/32文件系统，可以读写所有标准的U盘。USB Device部分包括所有Firmware 和Windows 2000下驱动程序的源程序。HOST的打印类、通信类目前正在研发中。《USB系统设计与应用》一书正在编著中。

体系结构

USB接口分主机（Host）和设备（Device）。基本的层次和通信结构如下图所示：

 

 

图中白色箭头表示主、从机上数据通信的实际流向。设备上的相应功能根据不同的物理设备而不同。主机和设备间的通信最终发生在USB传输线上，然而，在每一水平层次之间也存在着逻辑接口。主机程序中客户软件与设备功能模块间的通信表示了主机与设备之间功能、协议的约定。

 

Em/USB HOST部分的体系结构如下：

 

1、物理接口层：具体的USB主机控制芯片，软件以直接访问接口芯片内部寄存器的方式来实现基本的数据读写和控制。

2、USB-HOST通用功能模块，包含下列软件功能模块：

  • 检测USB设备物理连接功能模块；
  • 复位和初始化USB设备功能模块；
  • 检测USB设备速度功能模块；
  • 枚举USB设备功能模块；
  • 挂起/恢复USB设备功能模块；(可不用实现)
  • 管理错误恢复功能模块；
  • 数据传输功能模块：不同设备类的使用该模块提供的接口以实现更高层的协议。

3、类实现模块：目前已实现的设备类有mass storage类和HID类，以后还将开发打印类。

4、上层应用：完成用户的各种应用需求。

 

实现方案:

 

Em/USB Device部分的体系结构如下：

USB Device接口的固件编程的积木式结构，以Philips PDIUSBD12控制器为例：

 

 

实现方案：

互联网将成为物联网的内嵌部分

行业新闻评论

今天，最有活力、造富最强、市值最高的公司，是互联网公司。全球互联网用户已达34.9亿人，中国网民7.51亿!

这是互联网的时代

那么5年后的未来是谁的时代?

物联网。

 

2020年左右，将有超过260亿台设备联网，超过一半的企业系统涉及到物联网功能。同时，联网的设备数量也将呈现指数型增长，不仅手机、汽车、家电、工程机械，甚至包括宠物、水表、电表、乃至一个工厂里的传感器都会联网。只要你想，一切均可联网。

计算机推动“计算能力”廉价化，带动全球第一波信息产业浪潮，互联网、移动互联网带动的“网络化”推动全球第二波产业浪潮。物联网，将引发又一次更大的技术革命浪潮，也就是第三次产业浪潮。物联网将融入社会方方面面，互联网将成为物联网的内嵌部分。

它所带来的商业价值远超互联网30倍以上。思科公司CEO John Chambers预计，万物互联的“物联网”的市场规模将高达17亿美元(107亿元)，这将比中国2017年全国GDP还要多。

物联网不仅仅是趋势，更是现实.越来越多科技巨头正在围绕物联网大做文章。三星电子已将物联网作为重点方向，并表示将在5年内推动所有三定设备支持物联网。

全球最大的技术供应商GE，已经研发出Predix工业互联网平台，以连接工业资产设备和各类信息系统，并在它的航空发动机、医疗设备、输电输油气线路上应用，这实质上就是工业领域的物联网垂直平台。2016年末GE又与一众技术巨头组建物联网联盟，推动各种应用终端智能化、网络化。

曾经因风投阿里巴巴而名声大振的孙正义和他的软银集团，更是在物联网上下足了赌注。2017年，花费230亿美元巨资并购英国ARM公司(全球智能手机芯片架构市场的霸主，美元ARM就没有华为芯片)。在保持ARM原有发展的同时，物联网成为孙正义在并购后谈论最多的方向。孙正义曾勾勒未来15年至20年间的物联网景观，届时将有1万亿硬件设备相互连接，而他认为ARM是搅动物联网大局的旗手。软银此前在通讯、互联网等领域有所布局，未来将借助ARM在半导体IP领域的巨大影响力，推进产业价值链进一步上移、下行，构建更为宏大的物联网生态平台。

物联网也在向我们的生活不断渗透。越来越多家庭都配备智能家电，通过手机便可轻松控制窗帘、电视、电灯、空调等各种设施;小区门禁也已配置生物识别、指纹、NFC等各式智能门禁系统。物联网正在悄悄走入生活、改变生活。

在人类发展史上，互联网将仅仅是一个阶段，它为“连接”提供一个源动力和试验场，而物联网才是“连接”的终点。

彼时，物联网将成为一个新的江湖，一个规模远大于互联网的江湖。没有公司再为自己贴上“互联网公司”这样low的标签，“物联网公司”才是时髦。

2016年实验室工作要求

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为了保证实验室正常学习工作秩序，提升实验室学习工作效率，院系将制定一系列规范措施。2016年10月24日起，沈老师对实验室同学提出下面基本要求：

1，所有工作日，每位同学必须在每个工作日晚上10：00前，在实验室微信群递交工作日志（今日学习工作内容、解决的问题、编写文档等），没有按时递交的（晚上10：00以后及后续递交的都按当日没有递交），每次扣除10元津贴。

2，在正常学习、工作周，每周日晚上10：00前，需在实验室网站论坛递交工作周报，总结本周工作进展、文档输出内容摘要、下周计划等。同时，每周必需完成学习资料整理/总结、项目研究/设计文档等输出，不少于500字，以邮件附件的形式发给我。没有按时递交的（晚上10：00以后及后续递交的都按没有递交）、或文档质量不达标的，每次扣除50元津贴。

3，每月累计缺少递交日志超过5次（含5次）、或 缺少周报及文档2次（含2次）次的同学，将扣除当月全部津贴。

4，每学期（按 20周计）累计缺少递交日志超过20次（含20次）、或 缺少周报4次（含4次）次的同学，导师将不再安排实验室学习、工作内容，学生将自己完成自己的学业要求，包括小论文、毕业论文，院系也有权收回该同学在实验室所占用的位置。

5，专业硕士（工程硕士）学位的同学，在2年级的6月底必须递交论文三级目录大纲、及不少于20页的论文内容，以后每2周递交一次论文进展及新版，8月底完成论文初稿，9月底要完成论文递交并申请盲检。每次论文新版递交给导师后，导师有一周的评阅时间并提出修改建议。若同学没按时间节点递交论文新版，则论文申请盲检、答辩时间自动顺延。

6，学术硕士学位的同学，在3年级的12月底必须递交论文三级目录大纲、及不少于20页的论文内容，以后每2周递交一次论文进展及新版，次年2月底完成论文初稿，3月底要完成论文递交并申请盲检。每次论文新版递交给导师后，导师有一周的评阅时间并提出修改建议。若同学没按时间节点递交论文新版，则论文申请盲检、答辩时间自动顺延。

其中工作日报、周报递交要求如下：

1，周报需要有二个部分内容：
（1）本周学习、开发内容的总结和整理。——专业方面
（2）计划和目标。就是要检查上周计划的完成度、以及下周要完成什么目标。如果没有达到预期，要分析具体原因。——自我管理方面
2，日志记录每天的工作情况，如果这项工作是一个具体的任务（如书稿答疑，界面或功能修改等），必须说明进度状况（完成了百分之几）及预计完成时间。

以上1~4项的次数统计，暂由张红艳负责，每月底发给沈老师统计结果，老师将于下月初在系统数据库递交实验室津贴申请。原则上每年按10个月的学习工作时间算，暑假、寒假各休息一个月。

恭喜杜欣宇、张炤、林雯荣获2016年全国大学生物联网设计竞赛（TI杯）全国总决赛一等奖

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该参赛作品是使用数码钢琴、Tiva、CC2650及个人智能设备组成的一套练琴系统。
功能主要是实现分为硬件和软件两部分。
硬件部分利用Tiva的USB-Host功能以及CC2650的ble功能，为数码钢琴与智能手机直接提供无线低延迟互联。
软件部分则实现了部分钢琴学习中所需的技术练习功能。
这样综合起来我们实现了一套数字化的练琴系统，既保证了真实的钢琴环境，又提供了数字化的练琴功能。

ARM总裁Sir Robin K Saxby、技术总监Mike Muller等来访我实验室

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2006年5月15日，ARM（www.arm.com ）公司总裁Sir Robin K Saxby、技术总监（CTO）Mike Muller，在ARM（中国）谭军博士、费哲平先生陪同下，专程来到我们华东师范大学计算机系嵌入系统实验室（www.emlab.net ）参观、交流。

Sir Robin K Saxby和Mike Muller一行仔细听取、了解了实验室近几年的发展情况，高度评价了实验室在嵌入式系统教学、科研、ARM书籍出版等方面所做的工作，并对实验室与业界的紧密结合深表赞赏。随后，一行参观了嵌入式系统研究生实验室和ARM教学实验室，仔细观察、询问了多个正在研发的ARM相关项目的情况。双方在非常友好而轻松的气氛中，就ARM技术、大学计划、认证培训、技术支持等多项事宜进行了深入的交流与探讨。Mike Muller表示：非常感谢华东师范大学计算机系嵌入系统实验室为ARM技术推广所做的贡献，ARM将重视中国的发展，并进一步为实验室提供技术支持和合作机会。

美国德州仪器首席战略科学家Dr. Gene Franz在理科大楼报告作精彩演讲

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2006年3月22日，美国德州仪器（TI）首席战略科学家Dr. Gene Franz、TI 软件开发部总经理ED Morgan、技术总监（CTO）Bill Witowsky一行，在TI大学计划部主任沈洁陪同下，参观了我校计算机系嵌入系统实验室、DSP实验室，并在理科大楼报告厅为信息学院教师、研究生作了“The Third Wave of the Digital Revolution”的精彩演讲。

Dr. Gene Franz 作为美国德州仪器（TI）首席战略科学家，被同行评价为对未来趋势有着重大影响的人士之一，其有关功耗与性能关系的论文受到广泛认可，并被命名为“金氏定律（Gene’s Law）”。

Dr. Gene Franz介绍了数字革命的发展历程，以及第一、二次数字革命给人们带来的影响，并从战略高度，着重讲解了数字革命的第三次浪潮对人类社会、技术发展以及日常生活可能带来的影响，以及给我们带来的机遇。

报告内容丰富、生动活泼，整个报告厅座无虚席，宾主交流热烈，不仅开拓了我们的视野，了解了未来IT发展的方向，增进了我校与美国德州仪器（TI）的友谊，也展示了我校教师、研究生的良好素质和形象，给来宾留下了深刻、美好的形象，并提升了我校的国际交流、合作空间。TI大学计划部经理沈洁表示，今后将进一步加大对我校信息学院DSP、MSP430等实验室的支持力度，为我校的教学、科研提供现代化的软硬件平台，促进我校与国外高校的合作。

意法半导体亚太区资深经理专程来访我实验室

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2005年10月20日，意法半导体（ST，www.st.com ）亚太区资深经理Arnaud Julienne先生和技术支持中心经理梁平先生一起，专程来到我们华东师范大学计算机系嵌入系统实验室（www.emlab.net ），签署了ST ARM7系列微控制器合作协议。

Arnaud Julienne一行仔细听取、了解了实验室近几年在ARM系统研发方面所作的工作，高度评价了实验室在嵌入式系统软件方面的基础工作，并对实验室与业界的紧密结合深表赞赏。随后，双方在非常友好而轻松的气氛中，签署了“STR71x系列ARM微控制器原理与应用”一书的合作、出版协议，并就ST未来产品（STR910系列、Image Sensor等）的资料出版、评估套件、开发工具等多项事宜进行了深入的交流与探讨。Arnaud Julienne表示：ST（中国）将加大MCU中国市场的推广力度，并进一步提供、促进与我们实验室合作的机会。

上海华东师范大学MSP430实验室成立【大学计划】

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2005年4月8日，美国德州仪器（TI）与利尔达单片机技术有限公司，在我校信息学院联合举行了“华东师范大学TI大学计划 MSP430实验室揭牌仪式”，出席仪式的有TI亚太区市场总监丁毓麟、利尔达单片机技术有限公司董事长陈贤兴、华东师范大学副校长陈群、华东师大信息学院院长朱自强，以及计算机系部分教师、学生代表。

 

德州仪器(TI)是全球领先的半导体公司，提供创新的数字信号处理器(DSP)及模拟技术。TI总部位于美国德州达拉斯，在25个国家设有制造、设计或销售机构。 在2004年财富Fortune 500大企业排名为197。

 

TI的大学计划，配合中国工程院校的教育和研究项目，以最先进的超低功耗MSP430系列微控制器，与利尔达合作开展MSP430大学计划。主要内容包括：

  • 协助大学/研究机构建立DSP/MSP430实验室
  • 以优惠的价格提供软、硬件开发工具
  • 向大学教授、研究人员和学生提供有关技术资料和最新开发工具的信息等
  • 对年轻教师提供DSP/MSP430相关的专业知识、教学方法、讲课技能的培训
  • 参加世界性和举办地方性TI 的设计比赛，以鼓励和奖励中国学生的创造性，并促进他们将所学知识应用于实践
  • 举办全国性教育者会议

 

利尔达单片机技术有限公司总部位于杭州，有百名本科以上学历的精英组成的高新技术企业，是美国德州仪器公司MSP430单片机首家增值经销商，从2002到2004年MSP430销量额一直位居亚洲第一。利尔达于05年1月被正式批准成为中国软件行业协会嵌入式系统分会第一届常务理事单位，协助制定、修改并推行本行业的国家标准和专业标准。

 

揭牌仪式由信息学院朱自强院长主持，丁毓麟、陈贤兴先生分别介绍了TI的大学计划战略，以及市场对专业人才的需求情况，对华东师大计算机系在嵌入式系统教学、科研、实验式建设等方面所作的工作深表赞赏，对计算机系沈建华等老师为MSP430大学计划编写教材表示感谢。最后，陈群校长作了总结发言，介绍了我校的发展情况，对TI大学计划对我校的支持表示感谢，并希望能与TI有进一步的合作。

 

此次MSP430大学计划赠送给计算机系40余套MSP430实验系统和配套书籍、资料，价值人民币10多万元。已经在单片机实验室用于教学实验，大大改善了我系单片机课程的教学、实验条件和环境，有利于培养学生的实践动手能力。

Andrew N. Sloss先生来访实验室

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2005年1月21日，亚马逊（Amazon）五星级图书《ARM System Developer’s Guide, Designing and Optimizing System Software》的作者Andrew N. Sloss先生专程来访我们实验室，就ARM体系结构与发展、嵌入式系统软件设计与优化等问题与实验室师生进行交流，并对此书翻译中的一些技术问题与沈建华老师进行探讨与沟通。Andrew先生对华东师范大学计算机系嵌入系统实验室在ARM教学、科研方面所开展的工作大为赞赏，表示有机会将积极介绍国外同行开展交流、合作，并希望我们尽快把实验室网站翻译成英文版。

《ARM System Developer’s Guide, Designing and Optimizing System Software》一书的中文版《ARM系统开发——软件设计与优化》将于2005年5月由北京航空航天大学出版社出版发行。