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[導讀] 本文以CY7C68013和DSP HPI接口為例描述了USB芯片的固件程序流程和設計思想。通過采用GPIF模擬了HPI接口的讀/寫時序,實現了DSP與USB的無縫連接。

    USB接口(Universal Serial Bus)是一種通用的高速串行接口。它最主要的特點是高速傳輸特性,可以很好地解決海量數據在嵌入式系統與PC機之間的互傳問題;同時USB接口還具有熱插拔、速度快(具有3種數據傳輸模式,即低速、全速、高速;最快可達480 Mbps)和擴展性好(最多可以連接127個USB設備)等特點,從而使得USB接口得到了廣泛的應用。

1 USB芯片CY7C68013介紹
    CY7C68013屬于Cypress公司的FX2系列產品,是Cypress公司生產的第一款USB2.0芯片。

    CYTC68013是一個帶增強型MCS51內核和USB接口的單片機,完全遵從USB2.O協議,可提供高達480 Mbps的傳輸率;內部集成PLL(鎖相環(huán)),最高可使5l內核工作在48MHz;對外提供兩個串口,可以方便地與外部通信;片內擁有8 KB的RAM,可完全滿足系統每次傳輸數據的需要,無需再外接RAM。由于芯片內部沒有ROM,一旦USB設備斷開與PC的連接,程序代碼將無法保存,需要每次在PC機接入USB設備后,重新下載。另外,CY7C68013支持一種“E2PROM引導方式”,即先將固件下載到片外E2PROM中,當每次USB設備通電后,FX2自動將片外E2PROM中的程序讀入芯片中。

    CY7C68013與外設有主/從兩種接口方式:可編程接口GPIF和Slave FIFO。可編程接口GPIF是主機方式,可以通過軟件編寫讀/寫控制時序,靈活方便,幾乎可以與所有8/16位接口的控制器、存儲器和總線實現無縫連接。Slave FTFO是從機方式,外部控制器可以像對待普通FIFO一樣對芯片內的多個緩沖區(qū)進行讀/寫;S1ave FIFO方式也可以靈活配置,以適應不同的需要。

2 硬件設計思想
    USB數據傳輸流程如圖l所示。

    工作流程可分為兩個部分:芯片初始化部分和數據傳輸部分。

2.1 芯片初始化部分
   
本部分是適用于任何USB傳輸過程中的芯片初始化部分。當USB接口接入PC后,首先進行PC的設備搜索,從USB端獲得設備的VID/PID,以及USB芯片的工作方式;然后PC機通過得到的VID/PID獲取設備的驅動,保證設備的工作。與此同時,USB芯片上電開始,MCU開始從E2PROM中獲取MCU的工作狀態(tài)、采用的工作模式、數據傳輸方式、所用到傳輸方式端點的大小以及傳輸方向,并對接口器件進行相應芯片寄存器的初始化。實現內容因具體芯片而異,因此確定接口器件后再說明寄存器初始化的方法。

2.2 數據傳輸部分
   
不同器件相接實現方式不同,在此以CY7C68013與DSP6416 HPI接口數據傳輸實現為例,介紹數據傳輸流程。

    首先,簡單地介紹一下DSP611 6 HPI接口。HPI是一個并行端口,通過HPI可以直接訪問DSP的存儲空間,也可以通過DMA/EDMA控制器實現對DSP存儲空間的訪問。HPI口可以提供16/32位的數據接口,通過主機或者CPU訪問HPI控制寄存器(HPIC)來確定HPI接口的數據帶寬。

    確定了DSPHPI作為USB的接口器件,DSPHPI接口的初始化如下:對于DSP,為了滿足數據的正常傳輸,需要對HPIC寄存器進行設置,即設置字長,初始化時假設DSP向主機發(fā)送中斷和Ready信號。因為沒有用到HPT的地址線,因此不需要設置HPIA寄存器。此時DSP已經做好了接收或發(fā)送數據的準備。

    為了滿足與HPI接口讀/寫時序的無縫連接,此處采用了GPIF傳輸模式。流程如下:
    當數據PC端發(fā)送時,USB收發(fā)機將收到的信號發(fā)送給CY7C68013,USB芯片接收到數據后先存放在端點寄存器里,等到數據放滿數據緩存區(qū)時,USB芯片啟動GPIF,將數據送入DSP。當DSP接收到數據后會對HPIC控制器進行設置,發(fā)送給USB中斷信號,提示收到數據包,即完成1次PC→DSP傳輸。

    當數據從DSP端發(fā)送時,HPIC寄存器發(fā)送中斷至USB芯片,USB芯片做好接收數據的準備;然后HPI將數據送入USB芯片,等數據緩存區(qū)放滿l024字節(jié)后,將數據通過USB發(fā)送至PC機接收端。

3 硬件電路的設計與實現
   
如前所述,接口電路方面USB為了滿足HPI接口的讀/寫時序采用GPIF方式。

3.1 CY7C68013與HPI接口電路

    CY7C68013與HPT接口電路原理圖如圖2所示。

    這里需要說明的有如下幾點:
    ①HHWIL主要用來區(qū)分第1個/第2個Halfword的傳輸,且僅在半寧傳輸時出現。由于主機沒有數據線和地址線復用的情況,因此在這里將HAS置高電平。

    HDSl、HDS2作為數據選通信號,主要用于主機尋址HPI周期內控制數據傳輸,在本次工作中沒有用到,而為了調試方便,保留了HDSl和HDS2,通過高低電平控制它們的變化。由于HDSl、HDS2和HCS在片內是組合為一個低有效的HSTROBE信號,其組成關系如下:
    HSTROBE=NOT(HDSl XOR HDS2)OR HCS所以HDSl置低電平,HDS2置高電平,利用HCS的信號變化控制HPI讀/寫初始化。

    ②HCNTL[1:O]主要用來控制當前訪問的是HPI的哪個寄存器。在HP1初始化時完成HPIC寄存器的控制信息。HPID寄存器主要實現數據傳輸時數據的讀?。瘜懭?。此處沒有用到HPI的地址操作,因此HPIA作為地址寄存器不需要送入控制信息。
    ③HD[15:O]對應于PB[7:o]、PD[7:0]接口,由于為半字傳輸方式,因此在這里需要將HD5置低電平,以滿足芯片復位時HD5為低電平。

3.2 固件調試部分
   
固件程序流程圖如圖3所示。

(1)初始化部分
    該部分用來確定整個過程采用的方式,確定端點的傳輸方式、方向和緩存區(qū)的大小,設置HPI接口的HPIC寄存器以及設備的枚舉。本設計采用的是GPIF傳輸方式,端點選擇的是批量傳輸。采用的端點是EP2和EP6。EP2傳輸方向為OUT,緩存區(qū)大小為1024字節(jié);EP6傳輸方向為IN,緩存區(qū)大小為l024字節(jié);通過對HPIC的操作確定HPI的工作方式以及HPID的數據傳輸方式。編寫GPIF數據中斷函數和USB設備描述符。

(2)GPIF波形部分

    GPIF波形采用Cypress公司提供的GPIF Designer來實現。GPIF Designer通過簡單形象的界面解決了復雜程序表示的GPIF時序設計問題。與DSP HPI接口相符合的讀、寫時序如圖4和圖5所示。

(3)中斷產生時GPIF數據傳輸
    在程序中實現每當緩存區(qū)數據達到l024字節(jié)或為最后一包數據時,自動進行數據傳輸。下面的程序是EP2將數據發(fā)送到DSP端的程序:


EP6將從DSP收到的數據傳給主控端的程序如下:


4 總 結
    本文以CY7C68013和DSP HPI接口為例描述了USB芯片固件程序流程和設計思想。通過采用GPIF模擬了HPI接口的讀/寫時序,實現了DSP與USB的無縫連接。

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