【应用】集成USB控制器的单片机，让USB Key设计更简单

时间： 2017-04-17 来源：世强作者：火芯人

技术问答

USB Key是一种通过USB（通用串行总线）接口直接与计算机相连、具有密码验证功能、可靠高速的小型存储设备。它将安全密钥存储于USB硬件中，结合加密算法，可以有效保护身份认证和数据传输安全，非常适合单机及网络应用，保护个人信息安全。

USB的安全密钥端硬件设计主要的硬件电路包括USB接口器件、控制核心和用于存储密钥数据的存储单元。较为流行的设计是单片机+USB接口芯片+EEROM存储器。近年来，随着ASIC技术发展，现在的MCU已经集成了外围USB控制器，可以更为简便的实现USB Key的设计，例如EFM8UB系列单片机。

EFM8UB系列单片机是一个低压、高性能的8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统，片内最高有16KB的FLASH存储和2304B的RAM空间，内置有比较器，2路I2C和1路SPI串行外设，更重要的是EFM8UB系列单片机均自带全速/低速USB控制器。EFM8UB器件集成的USB控制器，由串行接口引擎（SIE）、USB收发器（包括匹配电阻和可配置上拉电阻）、1KB FIFO存储器和时钟恢复电路（可以不用晶体）组成，不需要外部元件。USB功能控制器和收发器符合通用串行总线规范2.0版。

基于EFM8UB单片机设计的USB key设计方案如下：

图1：基于EFM8UB的USB Key方案设计

其工作过程：

USB Key通过USB接口与PC机相连。当USB Key需要加密时，用户可以通过位于PC机的客户端向USB key发出命令，随后EFM8UB系列单片机向后端EEROM发送读信号，并从EEROM芯片读出密钥。USB key通过内部固件中算法实现数据加密，然后将加密后的数据返回客户端，供加密者使用。此外，加密者还可以向EEROM写入一些需要存储的数据。

随着存储用户数据的扩大，USB Key外挂性价比较高的EEROM将会是必然趋势，EFM8UB系列单片机都带有I2C、SPI等串行外设接口，可以方便实现多种串行接口的EEROM通信。另外，EFM8UB系列单片机功耗都较低，以系统时钟48MHz运行时最大功耗才9.8mA。同时， EFM8UB系列单片机具有成本低、封装小等特点。为了方便随身携带，USB Key通常设计比较小巧，故封装尺寸仅3mmx3mm的EFM8UB对于USB Key设计来说是一款性价比非常高的MCU产品。

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型号- C8051T604-GS,SI8420AD-A-IS,WF111,SI7007-A20-IM1,SI8035AA-B-IU,C8051T604-GM,C8051F813-GU,SI8642ET-IS,C8051F541-AM,SL16020DC,C8051F813-GM,C8051F587-AM,C8051F044,SI2434,SI4613,C8051F043,SI4614,C8051F046,C8051F045,C8051F587-AQ,SI2435,C8051F047,C8051F541-AQ,TS3001,TS3002,SI2439,TS3003,SI8712CC-B-IP,TS3004,C8051F060,C8051F531-C-IM,TS3006,C8051F062,SI8710AD-B-IS,C8051F061,SI8712CC-B-IS,C8051F064,C8051F063,EFM32LG230FX - QFN64,EZR32WG230F64R69G,EFM32WG880FX - QFP100,EFM32WG980FX - QFP100,SI8233BB-C-IS1,C8051F531-C-IT,SI51210,SI8635BD-B-IS,C8051F975-A-GM,SI8230BB-B-IS1,SI8232BB-B-IS,C8051F394-A-GM,SI4624,C8051T616-GM,SI4622,SI8635BT-IS,C8051F573-IM,SI4629,C8051F530-C-AM,SI8920BD-IS,C8051F530-C-AT,C8051F801-GM,C8051F711-GQ,C8051F585-IM,SI21802,C8051F585-IQ,EFM32LG390FX - BGA112,SI8605AC-B-IS1,C8051F370-A-GM,EFM8BB10F2G-A-QFN20,C8051F066,C8051F065,C8051F067,SI2457,SI3452B-B02-GM,SI88243ED-IS,C8051F801-GU,C8051F506-AQ,SI7005-B-GM1,SI2167-C,SI21682-C,SI7022-A20-IM,SI8642AB-B-IS,SI8650ED-B-IS,SI2167-B,SI8719BC-A-IP,TSM9118,SI8631AB-B-IS,TSM9117,SI8234AB-C-IS,TSM9119,SI8234AB-C-IM,EFM32WG390FX - 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