📄 基于usb2_0的高速数据通信接口设计 - 21ic中国电子网.htm
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<TD width=120>[日期：<SPAN id=TimeLabel>2008-5-5</SPAN>]</TD>
<TD align=middle>来源：<SPAN id=SourceLabel>微计算机信息 </SPAN>
作者：<SPAN id=AuthorLabel>肖燕娟 杨俊峰</SPAN></TD>
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<!--Adforward End--><!--DVNEWS_AD_END--><STRONG>摘要：</STRONG>利用USB2.0接口芯片CY7C68013实现了语音信号处理系统中DSP与PC机的高速通信，简要介绍了CY7C68013的功能结构以及与TMS320C6203B的接口设计，深入研究了该芯片的固件、设备驱动和应用程序开发。
<BR><STRONG>关键词</STRONG>：EZ-USB FX2; CY7C68013; TMS320C6203B; 数据传输
<BR>
<P><B>ABSTRACT:</B> Using CY7C6801 as the control chip, the
communication between DSP and PC in the voice signals processing
system is realized. A brief introduction of the basic features of
EZ2USB CY7C68013 and the designing of interface to TMS320C6203B is
provided. The development of Programming Firmware、device driver and
application are thoroughly researched.<B></B></P>
<P><B>Key words: </B>EZ-USB FX2; CY7C68013; TMS320C6203B; data
transmission</P>
<P align=left><B>0 </B><B>引言</B></P>
<P>由于DSP的工作频率较高，如TMS320C6203B时钟频率高达250MHZ，故其数据读写周期很短，然而PC机串口读写速度较低，最大数据吞吐量约为115kbps，尽管DSP在与这些慢速外设进行数据交换时可以加入额外的等待周期，但是在实时性要求苛刻，算法复杂的场合，将DSP从这些冗长的等待周期中解放出来，将其时间重点放在处理关键的实时任务中去，有着重要的实际意义<SUP>[1]</SUP>。为了提高系统的实时性,
高速接口电路设计显得尤为重要。目前流行的EZ-USB
FX2芯片的传输速率为480Mbps，较好地解决了DSP与PC机间高速数据传输时的带宽瓶劲问题。本文设计并实现了TMS320C6000
系列DSP上, 利用EZ-USB FX2系列芯片CY7C68013 的接口技术, 实现了DSP 与计算机之间的高速数据传输。</P>
<P><B>1 CY7C68013</B><B>结构特点</B></P>
<P>CY7C68013是Cypress公司研制开发的EZ-USB
FX2系列芯片，该芯片符合USB2.0规范，同时兼容USB1.0的全速工作模式<SUP>[2]</SUP>，它的功能框图主要包括5个部分（图1）：</P>
<P>(1)收发器。USB和PC机通过D+和D-两根信号线进行数据传输，数据以480Mbit/s的全速信号或者以240Mbit/s的半速信号在D+和D-信号线上差分传输。</P>
<P>(2)智能接口引擎(SIE)。SIE通过包排序、信号产生、信号检测、CRC产生、CRC校验、NRZI数据编码、位填充、包标识产生和解码等功能来处理USB通信协议，并保证传送到USB电缆上的数据字节以LSB开头。</P>
<P>(3)通用微控制器以及片上RAM。USB控制器采用通用的8051微控制器，即编程语言为51系列单片机的通用语言，可使实际操作更加灵活方便。</P>
<P>(4)I<SUP>2</SUP>C总线控制器。主要为完成将USB控制器作为主设备时必须的配置。</P>
<P>(5)片内FIFO。其容量为4KB，可以快速实现与不同速度的外设通信。</P>
<P><B>2 CY7C68013</B><B>与TMS320C6203B的接口电路设计</B></P>
<P>CY7C68013是一个非常方便的USB2.0实现方案，它提供与DSP连接的接口，连接方式有两种：Slave
FIFOs和Master可编程接口GPIF<SUP>[3]</SUP>。本文采用Slave FIFOs异步读写方式。Slave
FIFOs方式是从机方式，DSP可以象读写普通FIFO一样对CY7C68013内部的多层缓冲进行读写。具体的电路连接如图2所示：</P>
<P align=center></P>
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<P align=center>图1 CY7C68013功能框图</P>
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<P align=center></P>
<P align=center>图2 CY7C68013与TMS320C6203B电路连接图</P>
<P>FLAGA、FLAGB和FLAGC是CY7C68013内部FIFO的状态标志，TMS320C6203B通过通用I/O口获得CY7C68013内部FIFO的空、半满（由用户设定半满阈值）和满这3个状态信号，EMIF接口的CE2空间对CY7C68013进行读写操作。其工作过程为：DSP通过USB向PC发送数据时，首先查看空、半满和满这3个状态信号，然后向USB写入适当大小的数据，以保证数据不会溢出；PC机通过USB向DSP发送命令字时，USB通过中断方式通知DSP读取命令字。</P>
<P><B>3 </B><B>软件设计</B></P>
<P>系统的软件设计包括3部分：C8051固件设计、设备驱动程序没计和应用软件设计。CY7C68013的功能具体实现过程如下：</P>
<P>(1)当设备连接时，Windows的设备管理器自动检测到该设备，并读取由CY7C68013核心(并非C805l固件)传回的设备描述符，根据它提供的厂商和产品ID号VID/PID(存放在FX2外接E<SUP>2</SUP>PROM中)与.inf文件进行比较，找到固件下载驱动程序(ezloader.sys)，从主机将C8051固件下载到CY7C68013的RAM中。</P>
<P>(2)C8051固件下载到RAM后，CY7C68013仿真一个脱离再连接至USB总线的过程，执行重新枚举过程，让C805l固件控制USB传输。Windows的设备管理器会检测到新的USB设备的连接，并根据C8051固件提供的厂商ID(VID)/产品ID(PID)(不同于CY7C68013核心提供的VID/PID)来加载该USB设备的设备驱动程序。</P>
<P>(3)应用软件调用CreateFile()API函数，使用识别该设备的符号链接来取得该设备的代号。取得设备的句柄后，应用软件通过DeviceIoControl()向I/O系统服务发出要求传入数据的I/O请求，I/O管理器将此请求构造成一个合适的IRP传递给CY7C68013设备驱动程序。CY7C68013设备驱动程序根据该IRP中包含的具体操作来构造相应的USB请求块，并据此形成新的IRP传递给USB总线驱动程序。USB总线驱动程序根据该USB请求块从CY7C68013设备读取数据。操作的结果再用IRP一层一层地返回给应用程序，应用程序再对数据进行分析和处理<SUP>[4]</SUP>。</P>
<P>3.1 C8051固件设计</P>
<P> Cypress公司为了简化固件开发，缩短时间，加速USB外围的开发，在EZ-USB
FX2软件开发包里提供了固件架构。该固件架构利用C8051的程序代码来实现CY7C68013芯片起始设置、USB标准设备请求的处理以及USB闲置模式的电源管理服务。用户仅需提供其USB描述符表(即dscr.a51)及实现外围功能的程序代码(periph.c)，即可完成完全兼容的USB设备。</P>
<P>
固件的编译在Kei的集成开发环境中进行，在建立的项目中包含5个文件ez_usb.lib、</P>
<P>usbjmptb.obj、dscr.a51和periph.c，其中：</P>
<P>
固件架构程序流程如图3所示。该程序首先初始化所有的内部状态变量，然后调用TD_Init函数进行初始化，初始化主要包括：</P>
<P>(1)使CY7C68013工作于异步从FIFO模式。相应的寄存器操作为IFCONFIG=0xCB。</P>
<P>(2)将4KB的FIFO对应到两个端点(EndPoint)，即EndPoint2和EndPoint6。相应的寄存器操作为：EP2(：FG=0xA0，EP6(：FG=0xE2。EndPoint2与EndPoint6分别对应21kB的内部FIFO(下面分别称作FIF02，FIF06)，存放LJSB需要上传与接收的数据。其中EndPoint2为OUT型，负责从主机接收数据；EndPoint6为IN型，负责向主机发送数据。另外EndPoint2</P>
<P>与EndPoint6均采用批量(BULK)传输方式，这种方式相对于其他LJSB2．0定义的传输方式</P>
<P>具有数据可靠、传输速率高等特点，是最常用的传输方式。<FONT
color=#ffffff>www.51kaifa.com/</FONT></P>
<P>(3)对FIF0进行配置。相应的寄存器操作为E192FIFO(：FG=0xl
1，EP6FIFOCFG=0x0D。本案例将FIF02，FIF06设置成自动方式。</P>
<P></P>
<P align=center><IMG onmousewheel="return bbimg(this)"
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<P align=center>图3 固件架构程序流程</P>
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