如何测试rs232转usb的通信

USB
作为一种新的
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。因此
,
越来越多的开发者欲在自己的产品中使用这种标准
接口。而
RS232
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
RS232
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
RS232
串口为其它通信所用。

1 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
1.5 Mb/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
RS232
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。

2
系统要求

为了实现
IC
卡门禁考勤系统中
RS232-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。

2.1
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
USB POS
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。

设备要求

在定义即将使用的微控制器时，必须说明一些通信要求，如：通信速率、频率、传输的数据量等。考虑到
IC
卡门禁考勤系统有效的通信速率，可以把转换器作为一个低速的设备使用，低速设备通信速度可以在
10~100 Kb/s
的范围变化。考虑到传输的数据量和传输的频率，

此系统中使用中断的传输类型。中断传输
可以在
2
个方向进行，
但不能同时进行
,
这种类型的传输要求在规定的时间里完成相当大数据量的传输任务。

对于转换模块，它可以用于
PC
机的数据收发，操作系统提供了
HID
驱动，

允许使用中断传输模式。对于
低速设备的一个事务，中断传输最大的包容量是
8
字节，如果需要发送大量的数据，则必须把它分割为很
多事务。

转换模块要定义的另一个特性是所需端点数。如上所述，

端点是微控制器在
USB
通信过程中所用来发送
和接收数据的缓冲区。此系统中，该转换器定义了
2
个端点：一个端点（端点
0
）用来控制传输，另一个
端点是中断输入端点，定义为发数据给
PC
机。

根据以上要求，
通过研究比较现有的微控制器，
考虑到如内存空间、
价格和开发包等因素，
我们选用
Cypress
家族的一种
8
位
RISC
微控制器
CY7C634XX/5XX
。

它使用哈佛总线结构，是对较高
I/O
要求的低速应用
设备的低价解决方案。

图
2
为
IC
卡门禁考勤系统
USB
通信实现硬件方框原理图。

软件设计和执行

系统软件由
6
部分组成：定义描述符、设备检测和列举、端点中断服务程序、
USB
数据交换模块、串行口
数据交换模块、
USB/Serial
模块接口。

下面简要描述其中部分模块程序的功能和实现思想。

3.1
描述符定义

描述符是数据结果或信息的格式化块
,
它可以使主机知道这个设备。每个描述符包含了这个设备整体的信息
或者某个元素的信息。所有的
USB
外设必须响应对标准的
USB
描述符的请求。

该系统中使用了
1
个接口和
2
个终端
(
控制和中断输入
)
。由于受
Win98
的限制还不能使用中断输出终端
,
因
此为了解决这个问题，我们通过在端点
0
中使用
SetReport
传输
PC
机欲送往
IC
卡门禁考勤设备的数据。

数据接收是在
Output Reports
中完成的。它根据送往
IC
卡门禁考勤设备最大的数据量，系统定义为
16K
个
8
位域。发送数据给主机是在输入报告中完成的，它是
8K
个
8
位域

3.2
设备检测和列举

当
1
个
USB
人机接口类（
HID
）设备第一次连接到总线，

它将被总线供电但仍然非功能性等待
1
个总线复
位。
D-
端的上拉电阻通知
Hub
连接上了新的设备，主机也同时知道了新连接的
USB
设备，并将它复位。
紧跟输入包之后，主机发送
1
个配置包，从缺省地址
0
处读取设备描述符。读到描述符后，主机将分配一
个新的地址给设备，并继续查询关于设备描述、配置描述、人机报告描述的信息，设备将开始对新分配的
地址作出反应。根据从设备处返回的信息，主机知道了被设备支持的数据终端的数量，完成列举过程。列
举结束后，
Windows
将把新的设备加入到控制面板的设备管理器中显示。

为此，在微控制器中必须写入访问描述符的代码，这样便于对主机在列举设备时发送的请求作出有效的辨
识和响应。在设备方面需要创建一个
INF
文件，使
Windows
能够辨识设备，并且为设备找到其驱动。由于
操作系统提供了简单的
INF
文件，因此，开发中只需要编写写入到微控制器中的程序。

3.3
数据发送和接收过程

发送数据到门禁考勤系统是通过控制端点
0
中使用
SetReport
来完成的。
主机先向门禁考勤系统请求发送数
据，设备响应请求后，主机便开始执行。

当有数据到达设备的终端
0
时，将对设备产生一个中断。此时，
相应的中断服务程序便将数据复制到数据缓冲区。

一旦进入端点
0
的中断服务程序，
所有的中断必须关闭，
确保能够正确地复制数据。

微处理器的数据缓冲区编程为可以接收
64
个字节，
这个值是存放在设置包的包头请求信息中。
从主机处接
收到的最大包大小，是根据它将发送给门禁考勤系统的最大数据量来决定的。

系统还使用了
Put_command
线程，通过
1
个
I/O
端口引脚，向门禁考勤系统串口发送数据。在执行此线程
时，根据串口通信协议插入了起始位、停止位以及相应的延时。

从门禁考勤系统接收数据的过程是利用端点
1
完成的。端点
1
配置为
1
个中断输入端点，当有
1
个起始位
到达引脚时，
GPIO
中断必须打开，
并关闭所有其它类型中断。

设计中通过使用
1
个
Get_Serial
线程来收集
I/O
引脚发出的串行数据，并把它存入数据缓冲区。

同时该线程负责检验接收到的起始位和停止位的正确
性。当收到
8
个字节时，将接收缓冲区中的数据复制到终端
1
的缓冲区，并且允许微处理器响应中断输入
请求。

考虑到一般串行口的有效波特率的范围在
300~19 200 bps
，

我们按处于最大波特率
19 200 bps
的情况来考
虑
,
传输
1
个字符需要时间接近
0.75 ms
；而
1
个输入中断大约每
10 ms
送
1
个
8
字节的数据包
,
因此，设计
1
个
128
字节的快速数据缓冲区便可以保证不会丢失数据。

USB端插电脑，安装驱动程序，RS232接电脑串口，两端可以正常通信