随着计算机技术的快速发展，USB移动存储设备的使用已经非常普遍，因此在一些需要转存数据的设备、仪器上使用USB移动存储设备接口的芯片便相继产生了，CH375就是其中之一，它是一个USB总线的通用接口芯片，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。
在本地端，CH375 具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下，CH375还提供了串行通信方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU等相连接。CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备，外部单片机/DSP/MCU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。
CH375芯片内部结构
1 内部结构
CH375芯片内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。CH375芯片引脚排列如图1所示。
2 内部物理端点
CH375芯片内部具有7个物理端点。
端点0 是默认端点，支持上传和下传，上传和下传缓冲区各是8B；端点1包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是8B，上传端点的端点号是81H，下传端点的端点号是01H；端点2包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是64B，上传端点的端点号是82H，下传端点的端点号是02H。
主机端点包括输出端点和输入端点，输出和输入缓冲区各是64B，主机端点与端点2合用同一组缓冲区，主机端点的输出缓冲区就是端点2的上传缓冲区，主机端点的输入缓冲区就是端点2的下传缓冲区。
其中，CH375的端点0、端点1、端点2只用于USB设备方式，在USB主机方式下只需要用到主机端点。
软件接口
对于USB存储设备的应用，CH375直接提供了数据块的读写接口，以512b的物理扇区为基本读写单位，从而将USB存储设备简化为一种外部数据存储器，单片机可以自由读写USB存储设备中的数据，也可以自由定义其数据结构。
CH375以C语言子程序库提供了USB存储设备的文件级接口，这些应用层接口API包含了常用的文件级操作，可以移植并嵌入到各种常用的单片机程序中。
CH375的U盘文件级子程序库具有以下特性：支持常用的FAT12、FAT16 和FAT32 文件系统，磁盘容量可达100GB以上，支持多级子目录，支持8.3格式的大写字母文件名，支持文件打开、新建、删除、读写以及搜索等。
CH375的文件级接口API子程序需要大约600b的随机存储器RAM 作为缓冲区。所有API在调用后都有操作状态返回，但不一定有应答数据。有关API参数的说明请参考CH375数据手册。
CH375在单片机读写U盘中的电路原理图
图2 给出了MCS-51单片机读写U盘的电路原理图，如果CH375芯片的TXD引脚悬空或者没有通过下接电阻接地，那么CH375工作于串口方式。在串口方式下，CH375只需要与单片机/DSP/MCU连接3个信号线，TXD引脚、RXD引脚以及INT#引脚，其他引脚都可以悬空。除了连接线较少之外，其他外围电路与并口方式基本相同。由于INT#引脚和TXD 引脚在CH375复位期间只能提供微弱的高电平输出电流，在进行较远距离的连接时，为了避免INT#或者TXD在CH375复位期间受到干扰而导致单片机误操作，可以在INT#引脚或者TXD引脚上加阻值为1～5kΩ的上拉电阻，以维持较稳定的高电平。在CH375芯片复位完成后，INT#引脚和TXD引脚将能够提供5mA的高电平输出电流或者5mA的低电平吸入电流。
单片机读写U盘的接口
由于CH375内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通信协议的固件，所以嵌入式系统的单片机可以通过CH375将U盘（USB闪存盘、USB外置硬盘）作为可移动的大容量存储器。数据读写只需要几条指令，而不需要详细了解USB通信协议。
如果嵌入式系统需要将USB存储设备组织为文件系统，那么可以直接调用CH375文件级子程序库提供的接口API，由子程序库处理文件系统。
CH375主机USB-HOST的电路设计注意事项
某些USB设备带电插入时常出现如下问题。
● CH375复位或者单片机复位（尤其是采用uP 监控电路的单片机系统）。
● CH375或者单片机突然工作不正常，失去控制。
● CH375芯片的工作电流突然增大并且持续如此，时间长了芯片发热烫手。
出现上述问题时可参考如下解决方法。
● 给USB插座单独供电，这样，即使USB设备刚插上时存在电容充电过程，也不会影响单片机和CH375。变通方法是，将5V主电源分别通过两个独立的限流电感后（或者在PCB中电源线分开走），一组提供给CH375和单片机等，另一组提供给USB插座。
● 在USB 插座前串接限流电阻或者电感，并在USB插座电源上并联储能用的电解电容。如果用电感也可以限制电流突变，防止电源电压突降，但是用电感在USB设备拔出后，容易在USB插座中产生过冲高压，所以必须接储能电容。（注意，在第一版CH375评估板的原理图中已经标出USB插座的限流电阻R1为1Ω，建议将其换为阻值5Ω的电阻或者保险电阻）
● 其他临时的解决方法（不推荐）：①在USB设备与USB插座之间加入USB延长线。②在主电源上并联较大的储能电容，在U盘刚插入时提供足够的瞬时电能，减少对电源电压的影响。
● 参考目前计算机端的解决方法：USB端口的电源供给是通过保险电阻或者限流电感提供的，这些能够限制瞬时电流。对于计算机前面板的USB端口，由于本身通过一段较长的连接导线，自然减弱了对主电源的影响，而且计算机的5V电源功率很大，连续供电电流都在20A以上，所以不易受影响。
51+ch375读写U盘超精简原程序(啊雨)
/* 这个程序用180行C代码就能够读取FAT16文件系统U盘的根目录,可以看到根目录下的文件
名,并可显示
首文件内容,不过,该程序很不严谨,也没有任何错误处理,对U盘兼容性较差,只是用于简单试
验,作为参考.
这个程序可以支持WINDOWS按FAT16格式化的U盘,因为程序精简,所以只兼容超过50%以上的U
盘品牌,如果换
成CH375A芯片则兼容性可提高到85%,当然,如果使用WCH公司的子程序库或者正式版本的C源
程序兼容性更好。
下
欢测试以下U盘通过:郎科/超稳经典64M/超稳迷你128M/U160-64M/超稳普及128M,爱国者/迷
你王16M/邮箱型,
黑匣子/64M,微闪/64M,飙王/32M/64M/128M,晶彩/C200-64M,新科/256M,昂达/128M...,欢迎
提供测试结果
未通过U盘:爱国者/智慧棒128M,清华普天/USB2.0-128M,当然,使用WCH的子程序库或CH375A
都可以测试通过 */
#include <stdio.h>
#include "CH375INC.H"
#include <reg51.h> /* 以下定义适用于MCS-51单片机,其它单片机参照修改 */
#define UINT8 unsigned char
#define UINT16 unsigned short
#define UINT32 unsigned long
#define UINT8X unsigned char xdata
#define UINT8VX unsigned char volatile xdata
UINT8VX CH375_CMD_PORT _at_ 0xBDF1; /* CH375命令端口的I/O地址 */
UINT8VX CH375_DAT_PORT _at_ 0xBCF0; /* CH375数据端口的I/O地址 */
#define CH375_INT_WIRE INT0 /* P3.2, 连接CH375的INT#引脚,用于查询中
断状态 */
UINT8X DISK_BUFFER[512*32] _at_ 0x0000; /* 外部RAM数据缓冲区的起始地址 */
UINT32 DiskStart; /* 逻辑盘的起始绝对扇区号LBA */
UINT8 SecPerClus; /* 逻辑盘的每簇扇区数 */
UINT8 RsvdSecCnt; /* 逻辑盘的保留扇区数 */
UINT16 FATSz16; /* FAT16逻辑盘的FAT表占用的扇区数 */
/* ********** 硬件USB接口层,无论如何这层省不掉,单片机总要与CH375接口吧 */
void mDelaymS( UINT8 delay ) {
UINT8 i, j, c;
for ( i = delay; i != 0; i -- ) {
for ( j = 200; j != 0; j -- ) c += 3;
for ( j = 200; j != 0; j -- ) c += 3;
}
}
void CH375_WR_CMD_PORT( UINT8 cmd ) { /* 向CH375的命令端口写入命令 */
CH375_CMD_PORT=cmd;
for ( cmd = 2; cmd != 0; cmd -- ); /* 发出命令码前后应该各延时2uS */
}
void CH375_WR_DAT_PORT( UINT8 dat ) { /* 向CH375的数据端口写入数据 */
CH375_DAT_PORT=dat; /* 因为MCS51单片机较慢所以实际上无需延时 */
}
UINT8 CH375_RD_DAT_PORT( void ) { /* 从CH375的数据端口读出数据 */
return( CH375_DAT_PORT ); /* 因为MCS51单片机较慢所以实际上无需延时 */
}
UINT8 mWaitInterrupt( void ) { /* 等待CH375中断并获取状态,返回操作状态 */
while( CH375_INT_WIRE ); /* 查询等待CH375操作完成中断(INT#低电平) */
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_GET_STATUS ); /* 产生操作完成中断,获取中断状态 */
return( CH375_RD_DAT_PORT( ) );
}
/* ********** BulkOnly传输协议层,被CH375内置了,无需编写单片机程序 */
/* ********** RBC/SCSI命令层,虽然被CH375内置了,但是要写程序发出命令及收发数据
*/
UINT8 mInitDisk( void ) { /* 初始化磁盘 */
UINT8 Status;
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_GET_STATUS ); /* 产生操作完成中断, 获取中断状态 */
Status = CH375_RD_DAT_PORT( );
if ( Status == USB_INT_DISCONNECT ) return( Status ); /* USB设备断开 */
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_INIT ); /* 初始化USB存储器 */
Status = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */
if ( Status != USB_INT_SUCCESS ) return( Status ); /* 出现错误 */
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_SIZE ); /* 获取USB存储器的容量 */
Status = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */
if ( Status != USB_INT_SUCCESS ) { /* 出错重试 */
/* 对于CH375A芯片,建议在此执行一次CMD_DISK_R_SENSE命令 */
mDelaymS( 250 );
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_SIZE ); /* 获取USB存储器的容量 */
Status = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */
}
if ( Status != USB_INT_SUCCESS ) return( Status ); /* 出现错误 */
return( 0 ); /* U盘已经成功初始化 */
}
UINT8 mReadSector( UINT32 iLbaStart, UINT8 iSectorCount, UINT8X *oDataBuffer )
{
UINT16 mBlockCount;
UINT8 c;
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_READ ); /* 从USB存储器读数据块 */
CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)iLbaStart ); /* LBA的最低8位 */
CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)( iLbaStart >> 8 ) );
CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)( iLbaStart >> 16 ) );
CH375_WR_DAT_PORT( (UINT8)( iLbaStart >> 24 ) ); /* LBA的最高8位 */
CH375_WR_DAT_PORT( iSectorCount ); /* 扇区数 */
for ( mBlockCount = iSectorCount * 8; mBlockCount != 0; mBlockCount -- ) {
c = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */
if ( c == USB_INT_DISK_READ ) { /* 等待中断并获取状态,请求数据读出 */
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_RD_USB_DATA ); /* 从CH375缓冲区读取数据块 */
c = CH375_RD_DAT_PORT( ); /* 后续数据的长度 */
while ( c -- ) *oDataBuffer++ = CH375_RD_DAT_PORT( );
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_DISK_RD_GO ); /* 继续执行USB存储器的读操作 */
}
else break; /* 返回错误状态 */
}
if ( mBlockCount == 0 ) {
c = mWaitInterrupt( ); /* 等待中断并获取状态 */
if ( c== USB_INT_SUCCESS ) return( 0 ); /* 操作成功 */
}
return( c ); /* 操作失败 */
}
/* ********** FAT文件系统层,这层程序量实际较大,不过,该程序仅演示极简单的功能,所
以精简 */
UINT16 mGetPointWord( UINT8X *iAddr ) { /* 获取字数据,因为MCS51是大端格式 */
return( iAddr[0] | (UINT16)iAddr[1] << 8 );
}
UINT8 mIdenDisk( void ) { /* 识别分析当前逻辑盘 */
UINT8 Status;
DiskStart = 0; /* 以下是非常简单的FAT文件系统的分析,正式应用绝对不应该如此简
单 */
Status = mReadSector( 0, 1, DISK_BUFFER ); /* 读取逻辑盘引导信息 */
if ( Status != 0 ) return( Status );
if ( DISK_BUFFER[0] != 0xEB && DISK_BUFFER[0] != 0xE9 ) { /* 不是逻辑引导扇
区 */
DiskStart = DISK_BUFFER[0x1C6] | (UINT16)DISK_BUFFER[0x1C7] << 8
| (UINT32)DISK_BUFFER[0x1C8] << 16 | (UINT32)DISK_BUFFER[0x1C9] << 24;
Status = mReadSector( DiskStart, 1, DISK_BUFFER );
if ( Status != 0 ) return( Status );
}
SecPerClus = DISK_BUFFER[0x0D]; /* 每簇扇区数 */
RsvdSecCnt = DISK_BUFFER[0x0E]; /* 逻辑盘的保留扇区数 */
FATSz16 = mGetPointWord( &DISK_BUFFER[0x16] ); /* FAT表占用扇区数 */
return( 0 ); /* 成功 */
}
UINT16 mLinkCluster( UINT16 iCluster ) { /* 获得指定簇号的链接簇 */
/* 输入: iCluster 当前簇号, 返回: 原链接簇号, 如果为0则说明错误 */
UINT8 Status;
Status = mReadSector( DiskStart + RsvdSecCnt + iCluster / 256, 1,
DISK_BUFFER );
if ( Status != 0 ) return( 0 ); /* 错误 */
return( mGetPointWord( &DISK_BUFFER[ ( iCluster + iCluster ) & 0x01FF ] ) );
}
UINT32 mClusterToLba( UINT16 iCluster ) { /* 将簇号转换为绝对LBA扇区地址 */
return( DiskStart + RsvdSecCnt + FATSz16 * 2 + 32 + ( iCluster - 2 ) *
SecPerClus );
}
void mInitSTDIO( void ) { /* 仅用于调试用途及显示内容到PC机,与该程序功能完全无
关 */
SCON = 0x50; PCON = 0x80; TMOD = 0x20; TH1 = 0xf3; TR1=1; TI=1; /* 24MHz,
9600bps */
}
void mStopIfError( UINT8 iErrCode ) { /* 如果错误则停止运行并显示错误状态 */
if ( iErrCode == 0 ) return;
printf( "Error status, %02X\n", (UINT16)iErrCode );
}
main( ) {
UINT8 Status;
UINT8X *CurrentDir;
UINT16 Cluster;
mDelaymS( 200 ); /* 延时200毫秒 */
mInitSTDIO( );
CH375_WR_CMD_PORT( CMD_SET_USB_MODE ); /* 初始化CH375,设置USB工作模式 */
CH375_WR_DAT_PORT( 6 ); /* 模式代码,自动检测USB设备连接 */
while ( 1 ) {
printf( "Insert USB disk\n" );
while ( mWaitInterrupt( ) != USB_INT_CONNECT ); /* 等待U盘连接 */
mDelaymS( 250 ); /* 延时等待U盘进入正常工作状态 */
Status = mInitDisk( ); /* 初始化U盘,实际是识别U盘的类型,必须进行此步骤 */
mStopIfError( Status );
Status = mIdenDisk( ); /* 识别分析U盘文件系统,必要操作 */
mStopIfError( Status );
Status = mReadSector( DiskStart + RsvdSecCnt + FATSz16 * 2, 32,
DISK_BUFFER );
mStopIfError( Status ); /* 读取FAT16逻辑盘的根目录,通常根目录占用32个扇区
*/
for ( CurrentDir = DISK_BUFFER; CurrentDir[0] != 0; CurrentDir += 32 ) {
if ( ( CurrentDir[0x0B] & 0x08 ) == 0 && CurrentDir[0] != 0xE5 ) {
CurrentDir[0x0B] = 0; /* 为了便于显示,设置文件名或者目录名的结束标志 */
printf( "Name: %s\n", CurrentDir ); /* 通过串口输出显示 */
}
} /* 以上显示根目录下的所有文件名,以下打开第一个文件,如果是C文件的话 */
if ( (DISK_BUFFER[0x0B]&0x08)==0 && DISK_BUFFER[0]!=0xE5 && DISK_BUFFER[8]
=='C' ) {
Cluster = mGetPointWord( &DISK_BUFFER[0x1A] ); /* 文件的首簇 */
while ( Cluster < 0xFFF8 ) { /* 文件簇未结束 */
if ( Cluster == 0 ) mStopIfError( 0x8F ); /* 对于首簇,可能是0长度文件
*/
Status = mReadSector( mClusterToLba( Cluster ), SecPerClus,
DISK_BUFFER );
mStopIfError( Status ); /* 读取首簇到缓冲区 */
DISK_BUFFER[30] = 0; printf( "Data: %s\n", DISK_BUFFER ); /* 显示首行
*/
Cluster = mLinkCluster( Cluster ); /* 获取链接簇,返回0说明错误 */
}
}
while ( mWaitInterrupt( ) != USB_INT_DISCONNECT ); /* 等待U盘拔出 */
mDelaymS( 250 );
}
}
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