单片机通过CH375 读写U 盘时的注意事项.pdf

1、CH375读写 U盘的注意事项 单片机通过 CH375读写 U盘时的注意事项 版本： 1B http:/ 1、概述 USB总线接口芯片 CH375支持 USB-HOST和 USB-DEVICE，可以用于单片机读写 U盘。 本说明中的多数内容为建议性说明，而非强制性说明，建议的目的旨在提高最终产品的稳定性 和可靠性，很多内容只是针对一般情况和大多数用户而言，而未考虑个别或者例外。 本说明中列举了一些发生在某些品牌 U盘上的怪现象，都是 我们实际测试 现象的 描 述， 我们并 没有 以 此评价 U盘的 优劣 ， 因 为 实际 上 它们 可 能已经算 是 所有 U盘中 比较优秀 的 几种 ，而 且

2、， 我们也 不排除这仅仅 是品牌 U盘中的个别现象，只是 正好被我们碰到 而 已 。 2、 硬件 2.1. CH375芯片 1) CH375内 部含有 时 钟振荡电路 ， 但 是 驱动能力比普 通的单片机 要弱 一些， 振荡波形 通 常比较 接 近 正弦波（普 通单片机的 振荡波形 接 近方波） ， 这种弱振荡 的 优点 是对外产生的 电磁干扰较少 ， 缺 点 是 理论 上 自身比较 容 易受 外 来 的 干扰 ， 当然 ， 如果电路及 PCB设计良好则不会 产生 干扰 。 2) CH375的时 钟 可以 使 用 普 通 12MHz石英晶体 或者 普 通 12MHz有源晶振 ， 但 是 不宜使

3、 用 频率误 差 较 大的 陶瓷 晶体 。对于 普 通 石英晶体 ， 虽 然 CH375手册 中 标 明 振荡电 容为 15pF， 但 是 原 则 上 应该 根据 晶体 厂家 的 推荐值选择匹配 的 振荡电 容，例 如 是 18pF、 20pF、 22pF、 24pF、 27pF等 。 3) 如果电源电 压 为 3.3V，可以 将 XI引脚 的 电 容 C1容 量选 用 小 些 （ 例 如 10pF） ，或者用 有源晶振 或 者外 部振荡电路 为 CH375的 XI引脚 提 供 时 钟 ，以 保证 时 钟 稳定性。 有 的 电路 还 可以在 CH375的 XO引脚串 接 100 到 300 的

4、 电 阻 ， 改善 振荡 参 数。对于 CH375B芯片， 不 需 要 外 串 电 阻 。 4) 为了 降低 电磁 辐射 ， 并 减 少来自 外 界 的 干扰 ， 振荡电路 的 晶体 X1的 金属 外 壳应该 接 地 ， 晶体 X1 以 及电 容 C1、 C2应该尽量 靠 近 CH375， C1和 C2的 GND端应该尽量 接 近 CH375的 GND端 ， 相关 的 PCB走 线 应该尽量短 ， 并且 可以在 周边环绕 接 地 线或 敷铜 。 这 一 点 非 常 重 要 ！ 5) CH375时 钟 信号 线的 PCB周边 不 应该 有 大 电 流布 线或者强 脉冲信号布 线，以 避免引入 干

5、扰 。 6) 如果有 条 件并且有 必 要 ， 也 可以 由 单片机 控 制 CH375芯片的 硬件 复位输入引脚 ，在 需 要 时强 行复 位 CH375芯片。注意， 硬件 复位后 的 40mS恢复 时 间 内 CH375会 暂停工作 。 7) 额 外的 详细 说明可以 参 考 CH375电路设计 注意事项 README.PDF文档 。 2.2. USB信号 1) USB信号属 于高 速模拟信号 。 USB数 据 线 D+和 D-的 PCB应该平行布 线， 长度 保 持 差 不 多， 并且 应 该尽量减 少 信号 线上的过 孔 和 焊 盘以 及 分叉 。对于 双面板 PCB， 两侧 应该环绕

6、 接 地 线或者 敷铜 。 2) USB的 GND与 CH375的 GND以 及 公共 地 线 应该 接 触 可靠， PCB的 GND走 线 不宜 太长 ， 减 少 由 于 较 大 电源电 流流 过 GND线而在 两 端 之 间 产生的 电 压差 。 3) 建议是 D+和 D-信号 线的 PCB宽度 为 8mil， 两 线 之 间 的 PCB间 距 为 8mil，在 这 两 线外 侧 间 隔至 少 10mil以上 再铺 地 GND（ 敷铜 ） 。可以 理 解 为 D+和 D-夹 在 两 个大 面积 的 GND线 之 间 进 行 PCB布 线， D+和 D-以 及 GND的一 端 接 CH375

7、， 另 一 端 接 USB插座 。 4) 如果不 直 接 连 接 USB插座 ，而是通过 排 线 等引 到 主 机 板 或者 其 它 位 置 ， 那么 应该 像 上述 PCB布 线 一 样 ， D+和 D-紧 靠， 两侧各安 排 一 根 GND线。 如果 距离 较 长 ， 那么 应该 使 用 标 准 USB信号 线。 5) 与 USB设 备 或者 计算 机 USB端 口 相 连 的 USB线 应该 符合 USB规范 ，对于 全 速 12Mbps信号 ， USB 线 应该 是 带屏蔽层 的 绞 线，线的一 端 USB插头 （ 或者 插座 ） 的外 壳 与另 一 端 的 USB插头 的外 壳相 通

8、， 但 是 与 USB信号 线中的 GND线 不 通， 也 就 是说， 屏蔽层 应该 独立 于 4根 USB信号 线。 实际测 试 中，发现 爱国 者的 部 分超薄 U盘 （ 智慧棒 UC-P100E） 对 USB线的 要 求 很高， USB线 长 于 3米CH375读写 U盘的注意事项 或者线 材 差 些 （ 例 如 GND线 径太 细 、 无屏蔽层 等 ）， 就 会 出 现 U盘 插 到计算 机中 找 到 未 知 USB设 备 的情况， 经 示 波 器 测试 ， 其 USB信号 波形不 是很 良好 。 6) USB信号 线的 PCB周边 不 应该 有 大 电 流布 线或者强 脉冲信号布 线

9、，以 避免引入 干扰 。 7) 对于 需 要频 繁带 电 插拔 USB设 备 的 应 用以 及 静 电较 强的 环 境 ，建议在 电路 中 增加 USB信号 瞬变 电 压 抑 制 器 件 ，为 CH375的 USB引脚 D+和 D-提 供 进 一 步 的 保 护 。 额 外的 详细 说明可以 参 考 CH375 电路设计 注意事项 README.PDF文档 。 8) 更 详细 的说明可以 参 考 USB规范 。注意： 虽 然实际 的 常 规 测试 很 难看出 上述 做法 的 直 接 效 果 ， 但 是建议在 条 件 允许 的情况 下 参 考上述 做法 实 施 。 2.3. 电源 1) USB电

10、源 必 须 是 5V，对于 USB-HOST应 用， 必 须 对外 部 的 USB设 备 例 如 U盘提 供 5V电源 ， 供 电电 流 视 U盘而定，考虑 U盘 峰 值 电 流 ，通 常 供 电能力不能少 于 200mA，建议为 500mA以上。 2) 对于 CH375A芯片 应该 优 先 使 用 5V电源 ， 因 为 5V电源 时的 工作 温 度范 围 更 广 。对于 CH375B芯片 则 5V和 3.3V时的 工作 温 度范 围 差 不 多。 3) 如果 操 作 USB外 置 硬 盘或者 耗 电较 大的 USB闪存 盘， 需 要 考虑 其 电源 供应 ， 确 保 提 供 足够 的 工作

11、电 流 ， 否 则 在 其插 入 过 程 以 及 读写过 程 中 会 导致 电源电 压 波动 ， 甚 至 导致 CH375以 及 单片机 复位 。 建议在 电源 与 地 之 间 并 联 较 大的 电 解 电 容，或者为 USB插座 单 独 提 供 一 组 5V电源 ，或者 将 限 流 电 阻 R1换成 直 流 电 阻 较 小 的 电 感 以 减 少 对 CH375的 影响 。 4) 如果 需 要 减小 电 流 消耗 ，可以在 空闲 时 使 CH375芯片 进 入低 功耗睡眠挂起状态 ， 当有 U盘 插拔 时 CH375会自动 唤醒 。在 CH375睡眠期 间 ， 应该 使 CH375的 各 个

12、 I/O引脚 （除 RSTI引脚 ） 处 于 悬 空 或者高 电 平 状态 ， 避免 产生 不 必 要 的上 拉 电 流 。 另 外， 应该 设计 和 调整 CH375的时 钟电路 ， 使 其 起 振 时 间短 于 2毫秒 。 但 CH375S和 202323063批 号 的 CH375B芯片 不 支持 低 功耗睡眠功 能 。 3、 软 件 3.1. 单片机 程序 1) 以 扇区 为单 位 的 文 件 读写 子程序 ， 速 度 较 快 ， 操 作 效 率 高， 但 是 如果 文 件 长度 不 是 扇区 的 整 数 倍 ， 那么就 需 要自 行 考虑 文 件 长度 的 问题 。 文 件 越零碎

13、， 传 输速 度 越慢 。 2) 以 字节 为单 位 的 文 件 读写 子程序 ， 占 用 RAM相 对 较少 ， 能 够 自动 处 理 文 件 长度 ， 使 用 较 为 方 便 ， 但 是 速 度 比 以 扇区 为单 位 的 文 件 读写 慢 ， 并且频 繁 地 向 U盘中的 文 件 写 入 零碎 的数 据 ， 会 缩 短 U 盘中 闪存 的 使 用 寿命 。 3) 关 于 如 何预估 单片机读写 U盘的 速 度 ， 请 参 考 评 估 板 资料 中 CH375EVT.PDF文档 。 4) 在 WINDOWS 2000或者 XP下 的 磁 盘 管 理 工 具 ，可以 将 U盘 格式化成指 定

14、的 FAT12、 FAT16或者 FAT32 文 件 系统 ， 具 体 做法 请 参 考 评 估 板 资料 中 CH375EVT.PDF文档 。 5) 关 于 如 何节约 CH375子程序库 所 占 用的 RAM， 请 参 考 评 估 板 资料 中 CH375EVT.PDF文档 。 6) 优 先 使 用大写 字母 的 文 件 名 或者中 文文 件 名 ， 因 为 与 小 写 字母 的 文 件 名 和 长 文 件 名 相 比 ， 前 者的 效 率 更 高，对 操 作 系统 的 兼 容性 更 好 。 7) 有 关 软 件设计 过 程 中的一些 问题 解 答 可以 参 考 技术 论 坛 http:/

15、中的内容。 8) 做 好 U盘 操 作 出 错 后 的 分 析 处 理 和 状态 恢复 。例 如 ， 分 析返回错 误 码 以 及 CH375DiskStatus全 局 状态 ， 如果 是 U盘 断开 （ 意外 拔出 ）则 重 新 等 待 U盘 插 上， 其 它 错 误则 可 先调 用 CH375DiskReady 检查 U盘是 否 就 绪 ， 然 后 再 重 新打开 文 件 或者 新 建 文 件并 读写 等 ， 如果 仍 然 出 错 ， 则 应该 强 行 清 除 CH375DiskStatus， 再 调 用 CH375DiskReady检查 U盘 连 接和是 否 就 绪 等 。 3.2. U

16、盘 1) 目 前 CH375支持 市 面 上 90%以上的 标 准 功 能 的 U盘， 如果有 U盘 不 支持， 首 先下 载网 上最 新 的 子 程序库 或者 升级 模 块 程序 ， 如果 仍 然不 支持， 请 将 U盘 型 号 发 至 沁恒 电 子 的 技术 信 箱 ， 若 能 直 接 将 U盘 寄 至 沁恒 公 司 更 好 。 CH375可 能不 支持的 U盘 有 ： CH375读写 U盘的注意事项 非 标 准 或 带 特 定 额 外 功 能 的 U盘可 能不 支持。例 如 加 密型 U盘， 钥匙型 U盘，外 人 自然 是 无 法 读写的， 否 则 由 于数 据 无法 保 密 就 不能算

17、 是 加 密 U盘了。 多 功 能 或 复 合 USB设 备 。例 如 内 置 USB-HUB的 U盘可 能不 支持， 如果 支持 就 要 增加 代码 。 实 际 的例 子 是 有 一 款 明 基 USB2.0 128M的 U盘。注： CH374芯片的 子程序库 可以支持 这种 内 置 HUB的 复 合 U盘， 当然 程序 代码 要比 CH375多些。 不 符合 USB规范 的 U盘可 能不 支持。 USB-IF对 信号 幅 度 、 信号 抖 动 、 信号 频率 等 都 有 严 格 要 求 ，例 如 USB规范 要 求 USB设 备 频率误 差小 于 0.25%， CH375A芯片 要 求 U

18、SB设 备 频率误 差小 于 0.3%，而 计算 机可 能 允许 USB设 备 频率误 差 达 1.0%， 如果 某个 U盘的 频率误 差 为 0.5%， 那么 它 可以在大 部 分 计算 机中 使 用， 但 是 因 为 不 符合 USB规范 ，而 无法 被 CH375A支持， 其 原 因 是 CH375A芯片 虽 然 符合 USB规范 但 是容 差 性和容 错 性 不如计算 机的 USB。 这种 情况通 常 只 会 发生在一些 比 拼 价 格 和 成 本的 U盘中，而 不会 是品牌 U盘， 另 外 还 有 一些 体 积 受 限 而 选 用 频率误 差 较 大的 超薄 晶体 的 杂 牌 超薄

19、U盘。 实际 的例 子 是 有 一 款红 壳 飙王 SSK-UD-0306 64M 的 U盘， 其 内 部使 用 陶瓷 晶体并且 未 配 振荡电 容， 频率误 差 接 近 1%， 不 过 该 型 号 早 已 停 产， 新 产品 已使 用 石英晶体所 以 均 被 支持。注： 新 版的 CH375B芯片和 CH374芯片提高了 频率 容 差 范 围 ， 所 以 能 够 支持 这 类 U盘， 但 是建议 尽量 少 用 这 类 U盘， 因 为 其 可 能没有 通过 USB-IF 的 兼 容性 测试 。 多 逻辑 单 元 的 U盘或者读 卡 器 ，可以 被 CH375A或者 CH375B芯片支持，而 已

20、 停 产的 CH375S 芯片通 常不 支持。例 如 双 盘 符 的 U盘， 这种 U盘 插 到计算 机中， 会 出 现 两 个盘 符 或者 带 光 盘。 扇区 大 小 不 是 512字节 的 U盘， 需 要使 用 V3.5及 以上版本的 子程序库 才 能 支持， 并且 需 要 系 统 提 供 足够 的 RAM空 间 ，对于 扇区 大 小 为 2KB的 U盘，单片机 需 要 提 供 2KB的 RAM空 间 。 以上 、 、 所 述的 U盘在 市 面 上的 比 例非 常 小 ，总和可 能不 超 过 5%； 而 所 述的 U盘 虽 然所 占 比 例 也比较 小 ， 但 是 正 在 呈逐 步 上 升

21、 的 趋势 ， 所 以 应该 优 先 选 用 CH375B芯片。 2) 有 些 U盘，在 刚刚 插 入 USB插座 后 ， 不能 立 即 进 入工作 状态 ，而 需 要 一个上 电 稳定 期 （ 类似 于 按 键抖 动） ， 所 以单片机 程序 可以在 检 测到 USB设 备连 接 后 ， 等 待 数 百 毫秒 再 对 其进 行 操 作 ， 有 些 可 做 U盘的 MP3的 启 动 时 间 甚 至 达 到几 秒 钟 时 间 。建议 参 考 EXAM13处 理 。 3) 在单片机 向 U盘写数 据 的时 候禁止 将 U盘 拔出 ， 否 则会 导致 某些 U盘 损坏 ， 实际 上是 FLASH数

22、据 变 成 无效 ， U盘 厂家 通 常 可以 修 复 。 有 些 U盘 将 产品 信 息 例 如 名 称 、 型 号 甚 至 控 制 程序 （ 节约成 本 ） 放 在 闪存 Flash的 特 定 区 域 中， 偏偏 对 这 块 闪存区 域又 没有 保 护 措 施 ，一 旦 应 用 程序 因 意外 原 因误 写 该 闪存区 域 ， 将 导致 该 U盘 无法 正常使 用， 有 的现象是 U盘 名 称 、 型 号 竟 然 变 了。 实际 测试 中发现 朗科 的 超 稳 经 典型 U盘 就 有这种 现象， 还 有 一 款 爱国 者 超薄 U盘在单片机 程序调 试 过 程 中 因 写 入 错 误 数

23、据 而 无法 使 用，现象为 插 到计算 机中 能 找 到 U盘、 有 盘 符 但 名 称 变 了、 无法 读 写 也 无法 格式化 ， 后 来 尝 试使 用 清 空程序 （ 将 所有 扇区 全 部 清 0） 竟 然使 其 恢复 。 4) 有 些 U盘在数 据 刚刚 写 入后还 有 一个 延 后 写 FLASH的过 程 ， 所 以 这 时 也不 允许拔出 ， 这种 盘一般 会 在 刚 写 进 数 据后还 能 看 到 指 示 灯 在 闪 烁 ， 直 到 U盘内 部 完 全 写 入 完 成 。建议在 向 U盘写 入 数 据 后 稍 做 延 时 再允许 将 盘 拔出 。 实际测试 中发现 朗科 的

24、超 稳 经 典型 U盘 就 有这种 现象， 其 它 U盘 这 种 现象 也比较 多， 有 的 甚 至 要 延 时 3秒 。建议 参 考 EXAM12实 现 U盘 安全 移 除（理论 上可 行 ）。 5) U盘的 物 理 存 储介质 是 闪存 FLASH， 理论 上 有 寿命 ， 会有 永久失 效 的可 能 性。建议写 完 U盘 后 仍 然 保 存 本机的数 据 备 份 ， 直 到 确 信 数 据 可以 删 除 后 再 清 理 备 份 。或者 再 将 数 据 读 出进 行 校验 确 信 写 进 U盘的数 据 是 正 确 的。在 计算 机上 进 行 测试 时， 曾 经 发现个别 U盘在 闪存 局

25、部 失 效 时 实际 写 入 U盘的数 据 出 错 而 U盘本 身不 提 示出 错 的现象， 结 果使计算 机 误 以为写 入 正 确 。 6) U盘中的 闪存 FLASH的 擦 除 次 数是 有 限 的，建议 不要 太 过于 频 繁 的写 U盘， 尽量 缓 冲 和 集 中多个 零碎 数 据 ， 然 后 合 并 起 来 成批成 块 写 入 ， 减 少 擦 写 次 数，可 参 考 EXAM8。例 如 ，某 U盘 闪存 FLASH 的 擦 除 次 数是 100万次 ， 如果 两 秒 钟 写一 次 ， FLASH盘 就 要 至 少 擦 除 一 次 ， 计算 一 下 这 个 U盘只 能 用 23天 。

26、 实际 上大多数 U盘 所 用的 NAND闪存 芯片通 常 只 有 10万次擦 写 寿命 。 7) 考虑 到 工 业 应 用的 实际 情况，可以 参 考 沁恒 电 子 CH372DSK自 制 专 用 U盘的 方 案 ， 使 用 带备 用 电 池 的 SRAM静 态 随 机 存 储 器 设计没有 擦 写 次 数 限 制的 U盘。 8) 如果不要 求 U盘容 量 ， 沁恒 电 子 还 可以提 供 基 于 U盘 控 制芯片 CH331及 外 置 串行 EEPROM或者数 据 闪存 Flash实 现的 低 成 本 小 容 量 U盘以 及 USB-KEY方 案 ，容 量 可 从 几 K字节 到几 M字节 。