引言

绣花机广泛用于纺织行业，基本原理为读取绣花花版文件到主控设备，进行固定算法的花版解释，控制绣花机机头进行绣花动作，目前广泛利用USB接口读取花版文件。USB协议对所有USB设备进行分类，同类型的设备拥有一些共同的行为特征和传输协议,在此基础之上USB协议又划分了子类设备，进一步区分相同类设备的属性，以利于设计主机与设备的数据传输。对于USB大容量存储设备（mass storage device）设计， 普遍采用两种基本传输方式：CBI 和BULKONLY。使用较多的是BULKONLY协议，主要应用在U盘存储设备；而CBI协议由于具有中断传输的特性，主要应用在USB硬盘及工业上普遍使用的USB软盘驱动器，目前，在绣花机的使用过程中也需要磁盘读写花版文件，这样的好处是保密性强、可随时更换，可以作为U盘的很好补充。

1Mass storage CBI协议介绍

在CBI协议[1]的描述中，必须采用4种传输方式和通道进行主机和设备的数据交换，这4种方式称为端口，按顺序为： 0，控制传输；1，块输入（bulkin）；2，块输出（bulkout）；3，中断传输。这与普通U盘设备采用2个传输端口有明显区别。控制端口0主要用来在主机和设备间传送USB标准命令和对硬盘的控制命令集，批量输入端口1和批量输出端口2用来传输大量块数据，中断端口3用来返回命令的发送状态用于主机产生中断。

1.1数据传输过程

在对设备进行任何操作前，主机都必须发送mass_storage_ufi协议中定义的相关UFI命令块（USB Floppy Interface Command）。从控制端口0传送到设备，命令块被分为无数据、数据进、数据出3种类型。主机将以指定类请求ADSC开始命令传输，接着在控制传输的数据阶段传输命令块。指定类请求命令包如表1所列。

对于CBI设备来说，主机每次发送UFI命令块前都必须由指定类请求ADSC引导[2]，否则设备不识别。以下是发送一组UFI命令响应的过程举例：

1SOF（xA5） //帧开始

2SETUP（xB4） ADDR（x7F） ENDP（x0）

//setup请求包，控制端口0发送

3DATA0（xC3） DATA（x 21 00 00:00 00:00 0C:00）

//DATA0第一缓冲区发送，CBI类命令，命令长度0x0C

4ACK（x4B）//状态返回，确认

5SOF（xA5）

6OUT（x87） ADDR（x7F） ENDP（x0）

//数据输出包，控制端口0发送

7DATA1（xD2） DATA（x 2A 00 00:01:23:45 00 00:）

//发送命令，共12字节，一次发送8字节

8ACK（x4B） //正确接收8字节状态返回

9SOF（xA5）

10DATA0（xC3） DATA（x 00 00 00:00）

//发送剩余4字节命令

11ACK（x4B）//正确接收4字节状态返回

12SOF（xA5）

13IN（x96） ADDR（x7F） ENDP（x0） //输入请求

14DATA1（xD2） DATA（ ）

//空包输入，所有命令发送必须以空包输入结束

15ACK（x4B）

表1指定类请求命令包

在主机命令发送得到接收正确响应ACK（确认接收）后，设备会从端口3自动返回2字节状态码，用于主机产生中断（中断不是必须），数据传输状态如下：

1 SOF（xA5）

2 IN（x96） ADDR（x7F） ENDP（x3）

//中断端口3发送,类型为输入

3 DATA1（xD2） DATA（x FF:FF）

//DATA1第一缓冲区接收，2字节状态包

4 ACK（x4B）

命令发送全过程完毕，当需要数据输入/输出时，设置主机发送IN/OUT PID请求，设备按照请求通过BULKIN/OUT端口传输数据，每次发送的字节数根据设备描述符所定义的端口最大吞吐量。

1.2CBI设备描述符及枚举过程

按照USB协议，所有USB设备接入主机后，主机进行设备枚举，识别此设备属于USB范畴的哪一类，以及该类型中的哪一子类；然后对此设备进行配置，直到该设备能进行正确读写。这些枚举信息都已固化在USB设备中，主机只进行提取操作。

CBI协议存储设备支持很多描述符，主要且必须支持下列USB描述符：

① 设备描述符（device descriptor）

② 配置描述符（configuration descriptor）

③ 接口描述符（interface descriptor）CBI存储设备至少应支持1个数据接口。

④ 端点描述符（endpoint descriptor）除用作初始化和命令传输的控制端口Endpoint 0外，CBI 存储设备还必须支持批量输入、批量输出、中断3种端点，配置、接口、端口描述符是在主机一次请求时接收的。

当某设备描述符被识别为mass storage device类CBI设备子类后，主机进行第2次枚举，对设备进行相关配置和初始化。具体枚举过程通过第1次枚举所配置的端口，发送相关请求命令，进行初始化的数据输入/输出。具体函数及功能如下：

CBI_Inquiry（）;//查询获取设备信息

CBI_RequestSense（）；

//请求判别参数，可据此查看命令执行状态

CBI_ReadFormatCapacity（）；

//主机请求当前介质容量和能格式化的容量

CBI_ReadCapacity（）; //主机请求当前全介质的容量

CBI_TestUnit（）；//查询设备是否准备好

CBI_Read（0x0,1,BUFFER）；

//读磁盘首扇区512字节到指定数组中，验证读数据功能

2USB软驱主机程序设计

2.1开发平台介绍

开发平台主要包括：

① MCUS3C2410A（绣花机主芯片）

② USB芯片SL811HS

③ 开发语言嵌入式C语言

④ 编译环境CodeWarrior for ARM Developer SuiteV1.2

⑤ 仿真器MagicICE

⑥ USB软驱类型SONY MPF82EU1磁盘驱动器

2.2.1USB设备的枚举

USB软驱首先要进行设备枚举[3]，主机通过控制端口0向设备发送DeviceRequest命令。DeviceRequest命令主要有Get_Descriptor,Set_Address,Set_Config, Set_Interface等，而Get_Descriptor描述符又可分为Device_Descriptor、Configuration_Descriptor、Interface_ Descriptor、Endpoint_Descriptor，枚举阶段所有的请求都是基于setup ID。根据不同的请求命令，配置相应的协议栈。以下是配置接收描述符的部分参数，以设备描述符为例：

usbstack.usbaddr=0; //指定端点0传输

usbstack.setup.wValue=0x01;//请求设备描述符

usbstack.setup.wIndex=0; //主机输出请求

usbstack.setup.wLength=18; //发送字长

usbstack.buffer=BUFFER[0]; //指定接收数据缓冲区

usbstack.setup.bmRequest=0x80; //该请求为输入型

配置请求参数完成以后，利用USB数据传输函数usbXfer（）来传输该请求。usbXfer（）必须完全遵循USB1.1协议。该函数具体算法流程如图1所示。

图1数据传输函数usbXfer（）算法流程

2.2.2大容量存储设备的枚举

此阶段任务的中心是对主机发送UFI命令的处理[4]。ADSC请求是UFI命令的前导，通过控制端口0以setup数据包发送，接着仍通过端口0以数据包的形式发送UFI命令包。命令包均为12字节，发送前暂存在ufi[]数组中。以CBI_Read（unsigned long lba,unsigned char len,unsigned char *pBuffer）函数为例叙述命令发送过程，其他枚举函数实现基本原理相同。CBI_Read（）函数读取扇区数据到指定数组，源程序如下：

ufi[0]=0x28;ufi[1]=0x00;//0x28标示为读指令

ufi[2]=（unsigned char）（（lba>>24）&0xff）;

ufi[3]=（unsigned char）（（lba>>16）&0xff）;

ufi[4]=（unsigned char）（（lba>>8）&0xff）;

ufi[5]=（unsigned char）（lba&0xff）;//lba为读起始地址

ufi[6]=0x00;

ufi[7]=（unsigned char）（（len>>8）&0xff）;

ufi[8]=（unsigned char）（len&0xff）;//len为所读扇区数

ufi[9]=0x00;ufi[10]=0x00;ufi[11]=0x00;

usbstack.buffer=ufi;//指定ufi[]为命令发送数组

if（!SendAdsc_UFI（）） //发送UFI指令

return FALSE;

while（!epBulkRcv（pBuffer,len*DeviceInfo.BPB_BytesPerSec））//通过块输入端口1接收所指定扇区的数据到指定数组

return FALSE;

return TRUE; //接收完毕返回

该程序段成功返回标志着所发指令执行正常，且最后读写USB软驱首扇区数据正确。

2.3绣花机花版文件读取

实现读写磁盘首扇区数据功能，可以结合上层FAT文件系统读取磁盘中的花版文件。FAT文件系统中所有文件都作为链表存在，在文件系统的文件目录项中标明了文件的一些相关信息，如文件名、扩展名、文件属性、修改时间、起始簇号（簇是文件系统中的最小读写单位，一般为32字节），如表2所列。

表2FAT16目录项32个字节的定义

由于文件是以簇链的形式存在，所以可以根据起始簇号设计程序来读取磁盘中该文件的所有簇数据，进而抓取所需花版文件。

结语

CBI协议和BULKONLY协议[5]是当今USB大容量存储设备使用最多的传输方式。两种方式各有特点，本文只详细讲解了CBI传输应用到USB软驱上的实现方法和原理。这方面内容属于USB协议中很重要的子协议，可应用到USB通信设计中。开发人员可以借鉴CBI传输模式的诸多优点实施高质量高速率的数据传输。