0 引 言

　　本文来源于一机车智能测温项目(功能模块如图1所示)。在列车或其他重要电工场合，重要部件的温度变化是极需重视的安全参数，必须为其设计智能温度监测系统。当温度超标时，不但要能及时报警，还要实时记录并保存精确的时间、温度数据。通过对危险时刻及该时刻对应温度数据进行统计分析，可以检出不安全因素发生的规律，以制定有效的预防措施。

　　在图1中，数据存储模块采用usb总线接口方式，主要是由于usb具有可“热插拔”的特性，使保存数据的操作更为简便。采用ch375作usb接口芯片，则是基于以下因素的考虑。

　　一般情况下，单片机或嵌入式系统处理usb存储设备的文件系统需要实现usb-host硬件接口数据交换层、传输协议层、scsi／ufi／rbc命令层及文件系统管理4个层次。ch375的长处在于它内置了相关固件程序，包含了以上提到4个层次中的前3个。利用该芯片进行usb存储设备操作开发，就只需集中处理fat文件系统层，大大缩短了开发的周期，对项目开发无疑是很好的选择。

　　ch375厂商已将文件系统管理层封包成库，对其进行开发时这一层可以忽略。然而，由于厂商未对一般用户提供此方面源码，开发过程中也带来了一些问题，例如：由于没有文件管理的c源码，进行程序调试就只能查看编译后的汇编代码，导致调试工作繁复，收效甚微；其次，尽管编译器已经作了优化，但编译后所占的系统资源仍远比用户自编文件管理子程序的大，这对资源极其有限的单片机非常不利；再次，由于开发平台不尽相同，芯片厂商提供的库子程序并不总有效，例如系统选用不同晶振时，库函数中的内嵌延时段的实现效果也会发生变化，往往造成usb设备与主机失去同步，这对于avr等高档单片机更是如此。

　　由此可见，利用ch375操作usb存储设备，开发者很有必要熟悉fat文件系统的格式。下文将从项目开发的实际出发，着重介绍进行文件管理的原理及编程步骤，以解决上文提及的困难。

1 usb总线接口的设计

1.1 硬件电路设计

　　如图2所示，ch375芯片的txd引脚接地，从而使其工作于并口模式。ch375芯片的8位双向数据总线直接与mcu数据口相连，rd#和wr#分别连接到单片机的读选通输出引脚和写选通输出引脚。片选信号cs#、中断引脚int#以及地址输入线a0分别与mcu任意分配的引脚相连。当cs#为低电平时，选通ch375芯片；ch375向mcu请求中断时，将int#引脚电平拉低；当a0引脚为高电平时，选择ch375的命令端口，可以写入命令，为低电平时选择数据端口，可以读写数据。

1.2 软件设计及实现

　　本系统要求当普通u盘接入时，系统自动在其根目录下创建名为“data.txt”的文件，将mcu内置ram已记录的温度、时刻数据以字符串格式写入该文件；若文件已存在，则将数据追加至文件末尾；最后返回主程序。软件按图3所示流程进行设计， 电路上电后，先测试芯片是否能对单片机输出指令正确做出反应，必要时进行硬件复位，接着将芯片工作模式设置为模式6，即自动发送sof包的主机模式，这样，ch375与单片机就构成了最基本的usb-host，当usb设备接人时，接收到该包，就会让该包通过。ch375检测到设备连接上后会向mcu发中断信号，接着以查询ch375中断状态的方式等待u盘插入，若检测到表征设备接入的中断状态，则表明u盘已连接。接着向ch375输出cmd_disk_init，该命令将复位usb总线、读取并分析设备的描述符，然后自动配置，并建立起与设备之间的连接，完成后返回中断状态usb_int_success。上述步骤执行之后，芯片初始化的工作就完成了。

　　接着编写扇区读写程序。对于存储设备来说，文件管理几乎都是“块操作”方式，即使只修改存储设备中一比特的数据，也必须将包含该比特的整个扇区读出，找到相应位置进行修改，再把修改好的扇区数据写回原位置。对于大多数usb接口芯片，读写扇区的阶段要求我们熟悉scsi或ufo协议指令，利用特定指令来完成操作。而ch375内嵌了支持此方面指令的固件，当读扇区时，发cmd_disk_read，与cmd_disk_rd_go配合使用，则可在usb存储设备中任意读取1至255个扇区的数据；只需将cmd_disk_write与cmd_disk_wr_go指令结合使用，则可在u盘中任意写入1至255个扇区数据。

进行文件读写前，必须完成以下工作：

　　根据dos文件管理系统格式，声明必要的结构体，用于增强程序的跨平台可操作性及可读性。需要定义的结构体为dpt(dos分区表)、mbr(主引导记录)、bpb16(bios参数块，仅适合于fat12及fat16)、bpb32(仅适合于fat32)、fdt(文件目录表)、lfdt(长文件名fdt)等。除dpt、mbr外，其它结构体的内容在fat硬件白皮书中均有专门表格详细