การจำลองบอร์ด MCU เป็นอุปกรณ์ USB

วิกินี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชา 01204223

ที่ผ่านมานั้นเราใช้พอร์ท USB เป็นเพียงแหล่งจ่ายพลังงานและโปรแกรมแฟลชเท่านั้น วิกินี้อธิบายถึงขั้นตอนการทำให้ไมโครคอนโทรลเลอร์จำลองตัวเองเป็นอุปกรณ์ USB ความเร็วต่ำ เพื่อที่จะสามารถสื่อสารกับโปรแกรมที่ทำงานอยู่บนเครื่องคอมพิวเตอร์ได้

ในที่นี้เราจะใช้โอเพนซอร์สไลบรารีชื่อ V-USB (เดิมเรียกว่า AVR-USB) ที่พัฒนาโดยบริษัท Objective Development โดยทำให้บอร์ด MCU ของเราทำงานเป็นอุปกรณ์ที่อยู่ในกลุ่ม custom class device ซึ่งจัดเป็นอุปกรณ์ USB ที่ไม่สังกัดคลาสใด โดยซอฟต์แวร์ฝั่งคอมพิวเตอร์จะอยู่ภายใต้ความควบคุมของเราทั้งหมด

นอกเหนือจาก custom class device แล้ว ไลบรารี V-USB ยังรองรับการโปรแกรมเฟิร์มแวร์ให้สังกัดคลาสอื่นได้อีกหลายคลาส อาทิเช่น HID (Human Interface Device) ซึ่งอยู่ในกลุ่มเดียวกับอุปกรณ์จำพวกแป้นพิมพ์ เมาส์ จอยสติ๊ก และเกมแพด

ขั้นตอนการใช้งานไลบรารี V-USB

• ดาวน์โหลดซอร์สโค้ดจาก Objective Development
• แตกไฟล์ .tar.gz ที่ดาวน์โหลดมาโดยใช้คำสั่ง

tar zxf vusb-20100715.tar.gz

• คัดลอกไดเรคตอรี usbdrv/ ที่อยู่ในไดเรคตอรี vusb-20100715/ ไปวางในไดเรคตอรีโปรเจ็คของตน
• ภายในไดเรคตอรีโปรเจ็คของตนเอง ย้ายไฟล์ usbdrv/usbconfig-prototype.h มาวางไว้ด้านนอก และเปลี่ยนชื่อให้เป็น usbconfig.h

mv usbdrv/usbconfig-prototype.h ./usbconfig.h

ไฟล์นี้จะเก็บข้อมูลการตั้งค่าเกี่ยวกับอุปกรณ์ USB ที่จะให้ไมโครคอนโทรลเลอร์จำลองตัวเองขึ้นมา

• ในไฟล์หลักของโปรเจ็ค เรียกใช้คำสั่ง #include ต่อไปนี้ไว้ที่ตอนต้นของโปรแกรม

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>  /* for sei() */
#include <util/delay.h>     /* for _delay_ms() */
#include <avr/pgmspace.h>   /* required by usbdrv.h */
#include "usbdrv.h"

• ในส่วนของฟังก์ชัน main() ต้องมีโครงสร้างหลักดังนี้ (สามารถใส่โค้ดอื่นเพิ่มได้ตามที่ต้องการ)

int main()
{
    usbInit();
    usbDeviceDisconnect();
    _delay_ms(300);     /* fake USB disconnect for > 250 ms */
    usbDeviceConnect();
    sei();              /* enable interrupts */
    while (1)           /* main event loop */
    {                
        usbPoll();      /* คำสั่งนี้ต้องถูกเรียกอย่างน้อยที่สุดทุก ๆ 50ms */
    }
    return 0;
}

• นิยามฟังก์ชัน usbFunctionSetup เพื่อประมวลผลข้อมูลที่รับมาจากเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่านทางพอร์ท USB

usbMsgLen_t usbFunctionSetup(uint8_t data[8])
{
    ;
}

ฟังก์ชันนี้จะถูกเรียกทำงานโดยอัตโนมัติจากฟังก์ชัน usbPoll เมื่อทางฝั่งคอมพิวเตอร์ส่งคำร้องขอผ่านมาทางพอร์ท USB หัวข้อ #ตัวอย่างโปรแกรม แสดงตัวอย่างการการเขียนฟังก์ชันนี้เอาไว้

การคอมไพล์และลิ้งค์โปรแกรมรวมกับ V-USB

สร้าง Makefile ต่อไปนี้เพื่อคอมไพล์โปรแกรมและดำเนินการลิ้งค์เข้ากับไลบรารี V-USB ซึ่งตัวอย่าง Makefile นี้สมมติว่าไฟล์หลักของโปรเจ็คคือ main.c

MCU=atmega168
F_CPU=12000000L
TARGET=main.hex
OBJS=usbdrv/usbdrv.o usbdrv/usbdrvasm.o
CFLAGS=-Wall -Os -DF_CPU=$(F_CPU) -Iusbdrv -I. -mmcu=$(MCU)

all: $(TARGET)

flash: $(TARGET)
    avrdude -p $(MCU) -c usbasp -U flash:w:$(TARGET)

%.hex: %.elf
    avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex $< $@

%.elf: %.o $(OBJS)
    avr-gcc $(CFLAGS) -o $@ $?

%.o: %.c
    avr-gcc -c $(CFLAGS) -o $@ $<

%.o: %.S
    avr-gcc $(CFLAGS) -x assembler-with-cpp -c -o $@ $<

clean:
    rm -f $(OBJS)
    rm -f $(TARGET)
    rm -f *~

หากดูในกฎที่ระบุกลไกการสร้างไฟล์ main.elf ขึ้นมาจาก main.o จะเห็นว่าบรรทัดที่มีการเรียกใช้ avr-gcc ได้มีการนำเอา $(OBJS) (ซึ่งได้แก่ไฟล์ usbdrv/usbdrv.o และ usbdrv/usbdrvasm.o) ลิ้งค์รวมเข้าไปด้วย ในที่นี้ตัวแปรพิเศษ $@ แทน target ซึ่งหมายถึง main.elf ส่วนตัวแปรพิเศษ $? แทนรายการของ dependency ทั้งหมด นั่นคือไฟล์ main.elf นั้นถูกสร้างขึ้นโดยการที่ make เรียกคำสั่งด้านล่างนี้อัตโนมัติ

avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=12000000L -Iusbdrv -I. -mmcu=atmega168 -o main.elf main.o usbdrv/usbdrv.o usbdrv/usbdrvasm.o

These topics are so cnfuosing but this helped me get the job done.

Stay infoamritve, San Diego, yeah boy!

เกี่ยวกับหมายเลข VID/PID

ชุดตัวเลข VID/PID ที่กำหนดให้กับอุปกรณ์ USB ไม่ควรตั้งเอาเองตามใจชอบเนื่องจากระบบปฏิบัติการจะอาศัยตัวเลขคู่นี้ในการเลือกซอฟต์แวร์ไดรเวอร์ที่จะมาควบคุมอุปกรณ์ USB

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกำหนดค่า VID และ PID ให้กับอุปกรณ์ USB รวมถึงหลักเกณฑ์การปฏิบัติในการผลิตอุปกรณ์ USB สู่สาธารณะ สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จากเนื้อหาในไฟล์ vusb-20100715/USB-ID-FAQ.txt และไฟล์ vusb-20100715/USB-IDs-for-free.txt ที่แจกจ่ายมากับไฟล์ vusb-20100715.tar.gz และเอกสาร How to obtain an USB VID/PID for your project

Frnkaly I think that's absolutely good stuff.