基于LUFA开源框架库对AVR芯片进行USB终端设备开发

内SRAM，1KB的片内EEPROM，2个带预分频的8位定时/计数器，2个带预分频的16位定时/计数器，带看门狗定时器等，还支持ISP和IAP编程，带有符合IEEE 1149.1标准的JTAG接口。其USB接口，可工作在全速/低速设备模式下。对于控制传输方式，端点0最大能支持64b的数据包。对于块传输、中断传输和同步传输方式，有6个可编程端点，最大能支持256b的数据包。

在启动阶段，可以通过对熔丝位HWBE(上划线)置0，并下拉HWB(上划线)引脚，使得系统先进入引导区程序，以方便固件更新。启动流程部分，请参考图2。

● bootloader开发示例

对于AVR微处理器来说，出厂的时候都预先烧录了Atmel DFU (Device Firmware Update)进bootloader区。如果不需要进行bootloader区编程，可以省却外部编程器。当需要更新固件程序时，无需外部编程器的参与，只需使系统运行在bootloader环境下，就可以利用USART、SPI或者USB接口，进行固件更新烧录。

在LUFA开源框架库中，有好几种不同的bootloader示例。如支持AVR109协议的自编程框架，支持USB DFU协议的自编程框架，或者其他。在开发过程中，作为开发者，只要能理解其相关原理，即可灵活运用。

从示例中可以看出，整个软件的工作流程如图3所示。在启动过程中，系统先调用初始化程序对相关的I/O口进行输入/输出定义及参数初始化;接着，进入bootloader循环。在bootloader循环中，系统不断的检测USB接口下的Endpoint，读取数据，返回指令信息等。直到收到结束通信的指令(AVR109和DFU协议均有相关指令)，才退出bootloader应用。最后断开这次USB连接，程序指针跳转到0x0000位置，也就是应用程序的开始点。如图3。

从示例可以看出，在LUFA框架下，bootloader的开发有了极大的效率提升。开发者可以通过简单地修改USB设备的描述页信息，添加或修改相关的传输协议，即可快速开发出符合需求的bootloader模块。

● 设备开发示例说明

对于USB设备来说，首先进行USB枚举设定(setup过程)，然后如果没错误，就可以开始USB设备的正常工作状态了。既然LUFA已经为开发者做出了众多可能的基本设置，开发者只需要知道个大概流程，大多数事情都可以留给LUFA来做了。

首先，是0号端点(Endpoint 0)和控制传输模式。0号端点主要用于USB设备枚举。在枚举过程中，主机给设备分配相应的地址信息，同时也在读取设备信息，如设备类型。主机通过发送相应的控制指令给设备，设备回复相关信息给主机，完成握手通信，最后完成相关的设置。LUFA基本上能全自动地完成所有的相关工作，开发者只需要知道该怎么设置而已。如图4。

接下来，是数据传输过程。当设定过程完成之后，数据传输过程的方向、可用端点的大小等基本信息已经确定下来了。这个时候，设备和主机之间就能进行正常的数据传输了。LUFA提供了多种不同的方式来接收数据包。通常来说，设备端点收到数据之后，会向主机返回“ACK”指令，以告知数据包已收到，但是最终的一个“ACK”指令包则不会自动回复，需要用户在程序里面实现。不过，对于开发者来说，只需要认真研读一下示例文件就可以理解，并得知实现方式。

以Demo/Device/ClassDriver/Keyboard/这个项目为例。文件Descriptors.c里面，记录了USB设备的描述值，包括传输过程中的设备描述值，和枚举阶段的配置描述值，还有返回设备描述值调用的一个函数。这些相应参数，可在工程实践中，按需修改。文件Keyboard.c里面，包含了程序的主入口main()函数。

main()函数中，SetupHardware()实现了基本的硬件初始化功能，值得注意的是USB_Init()函数。这个USB_Init()函数，是LUFA框架实现的一个函数。在这个函数中，它实现了USB接口相关的寄存器及I/O的初始化功能，调用了USB_ResetInterface()函数，以实现USB设备的相关设置。其中的一个功能是按照开发的需要，初始化USB设备，使其成为USB控制器或USB设备，在此示例中，初始化为USB设备，调用USB_Init_Device()函数。USB_Init_Device()函数又调用了一个需要自己按需实现的函数CALLBACK_USB_GetDescriptor(...)(在Descriptors.c文件中)。至此，完成USB设备的初始化过程。

完成USB设备的初始化过程之后，就开始了一个不断循环的函数体。如果是想实现USB设备的相关功能，就把相关的功能模块写入这个函数体内就可以了。以Demo/Device/ClassDriver/Keyboard/项目为例，这个循环体内包括两个函数模块：HID_Device_USBTask(&Keyboard_HID_Interface)和USB_USBTask()。前者，调用了一个函数CALLBACK_HID_Device_CreateHIDRepor