基于ISP1160/ISP1161A的USB主控方案及其应用

ISP1160/ISP1161A嵌入式USB主控器IC可提供简单灵活并与LH7A400系统级芯片(SoC)处理器兼容的USB 2.0主控功能。表1所示的ISP1160/1161差异对比表给出了ISP1160/ISP1161的简要描述。ISP1160与ISP1161A之间的主要差异在于后者能在相同设备中提供USB设备控制器。本文将重点关注ISP1160，因为LH7A400已包含USB客户端。

ISP1160具有适用于几乎所有微控制器或微处理器的简单并行I/O接口。对于LH7A400，ISP1160连接至系统级芯片的静态存储控制器(SMC)上8个存储段之一。8个存储段中的任何一个均可使用，但究竟如何选择还颇有讲究(例如存储段4和5可用于PC卡寄存器，而存储段0则可用作引导存储器)。

LH7A400/ISP1160连接图显示了LH7A400的SMC存储段(bank)与ISP1160进行连接的方式。INT1(端口F第1位)是8个GPIO中的一个，八个GPIO口可配置为外部中断源(如果需要，还可设置为询问I/O)。为简单起见，这里没有对其进行地址解码。

ISP1160专为总线速率达33MHz的微控制器设计。ISP1160不仅规定-RD/-WR信号的最小脉宽分别为33ns和26ns，而且规定最小读/写周期分别为143ns/136ns。最后，ISP1160还支持-CS和-RW/-WR信号之间的0ns延迟。

由于典型的LH7A400应用系统采用100MHz总线速率(HCLK)，因此SMC BCR1(在LH7A400/ISP1160连接图中用作连接的存储库控制寄存器1)中的一些时序参数必须适应ISP1160总线速率较低的需要。

当HCLK＝100MHz时， LH7A400的最小nOE脉冲带宽为10ns。由于BCRx中WST1＝3，因此其40ns的nOE脉宽可满足ISP1160所需的33ns最小RD脉宽。图2为LH7A400外部存储器读操作示意图(WST1=3)。

类似地，当HCLK＝100MHz时，LH7A400的最小脉宽为10ns。由于BCRx中WST2＝2，因此其30ns的nWE脉宽可满足ISP1160所需的26ns 最小WR脉宽。为获得更大的时序裕量，可以设定WST2＝3，这样就能得到40ns的nWE脉宽。图3为LH7A400外部存储器写操作示意图(WST2=3)。

为使ISP1160的读/写周期为143ns/136ns，BCRx的空闲周期域应当设定IDCY＝14，这样就能得到150ns的读/写总线周期。

对WST1/WST2/IDCY设置之后，LH7A400应能满足ISP1160芯片的建立/保持/存取的时序要求。

如果应用不需要100MHz的总线速率，HCLK可设定为33MHz或更低，这样就不需要等待状态。注意到由于连接ISP1160的存储器库专为低速总线存取设计，因此任何高速外设或存储器都应当连接至另一存储器库，以获得最佳性能。

菲利浦半导体公司可为ISA/WinCE、ISA/Linux、ARM/WinCE和PCI/DOS等多种操作系统提供ISP116x试用工具包。此外，菲利浦网站还可为各种操作系统和实时操作系统(RTOS)提供USB主机栈、参考固件和驱动程序。大多数驱动程序软件都免费，只有一些RTOS驱动程序需要从菲利浦公司购买。欲了解更多信息，请查阅：

1. www.sharpsma.com/sma/products/mcu_soc/LH7A400_splash.htm

2. www.semiconductors.Philips.com/buses/usb/

目前，在电子商务活动中，身份认证最简单的方法便是使用密码，最常用的硬件设备按功能分为两类：一是用于加密，例如PC内安装的加密卡、网络中安装的安全网关等等；二是用于个人数据存储，例如IC卡，磁卡等，在银行系统使用十分广泛。

PC机内安装的加密卡等硬件虽然大大地增强了系统的安全性，但它们价格昂贵，安装、使用不方便，是普通的PC用户无法接受的；而IC卡、磁卡等存储卡则需要在PC机上安装读卡器，读卡器价格昂贵，兼容性差，也不是任意一台PC机就能轻易安装得上的。随着硬件技术的飞速发展，USB安全钥集数据加密和数据存储两大功能于一身，成为了推动电子商务发展的强大动力之一。

目前出现的USB安全钥大致有以下几个特点：

1. 体积小：和普通钥匙相当，可以挂在钥匙串上随身携带；

2.兼容性好：由于设备本身符合USB各项协议定义，在不同的计算机平台(PC、MAC等)和操作系统中均能使用；

3.使用方便：具有即插即用功能，用户可以在交易过程中将安全钥插入网络终端，使用完毕后可以立即拔出，不需要中止程序或操作系统的运行；

4.功能强大：同时具有数据加密和数据存储两大功能，加密算法可以支持DES、MD5和RSA等等，数据存储容量一般都在1KB以上；

5.安全性好：在使用过程中将网络终端的功能弱化为一个数据传输的媒介，所有有关安全性的操作都在USB安全钥和服务器内部完成，极好地保护了安全数据。在这一前提下，用户可以携带USB安全钥在任意一台网络终端上进行交易，而不必担心会有任何重要数据留在使用过的网络终端上；

6.价格便宜：USB安全钥实际上就是一个带有USB接口的微控制器，这类微控制器的成本在1-1.5美元之间。

其工作过程是用户首先需要将USB安全钥插入PC，让PC读出安全钥的ID号；然后用户需要输入自己的用户名和密码；PC将安全钥的ID、用户名和密码一起发往服务器，并请求服务器对用户进行身份认证；在这个应用中，服务器存储着所有USB安全钥的密钥，从PC得到安全钥的ID、用户名和密码后，服务器便可以从数据库中提出正确的密钥，同时服务器产生一个随机数，并发往PC；PC将收到的随机数原封不动地发给USB安全钥；USB安全钥使用内部存储的密钥和算法加密随机数，并将结果发回PC；PC再将加密结果原封不动地传递给服务器；服务器使用正确的密钥解密PC发来的加密数据，如果结果与原随机数相符，就认为用户的身份合法；最后，服务器将用户身份的认证结果发往PC。

USB安全钥的应用领域很广，随着USB安全钥的发展，电子证书等传统电子商务的核心技术都可以和它相结合。USB安全钥一定能在未来的电子商务应用中发挥越来越重要的作用。

作者：Len Lee

应用工程师

美国Sharp微电子公司