高速USB接口設計
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傳統的通信方式傳輸速度慢、抗干擾能力弱、安裝麻煩等原因嚴重阻礙了數據采集設備的發(fā)展，隨著(zhù)電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展。計算機和外圍設備得到飛速發(fā)展和應用。新一代通用串行總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)USB。具有傳輸線(xiàn)少、速度快、支持熱插拔以及易于擴展等優(yōu)點(diǎn)，很好解決了以上問(wèn)題，因此串行總線(xiàn)技術(shù)在計算機系統及通信設備中得到廣泛的應用，為了滿(mǎn)足數據采集傳輸速度的要求．所以提出了高速USB接口的設計與實(shí)施。
系統硬件實(shí)現數據采集功能，并將采集的數據送至USB控制器，再通過(guò)USB接口將數據傳送給PC機。硬件設計主要包括USB2．O主控制器(CY7C68013)外圍電路設計、CY7C68013與FPGA連接等。系統軟件包括USB固件程序、設備的驅動(dòng)程序和用戶(hù)界面程序。USB固件程序在keilC中完成，實(shí)現對CY7C68013初始化，設備驅動(dòng)程序為用戶(hù)界面程序提供軟件和硬件平臺連接的通道，由DriverStudiO開(kāi)發(fā)；用戶(hù)界面程序采用VB語(yǔ)言完成，在VB中調用驅動(dòng)函數中的句柄對硬件設備進(jìn)行操作，實(shí)現數據的接收、保存、顯示和打印功能。
2 USB控制器件CY7C68013內部結構
CY7C68013是Cypres公司生產(chǎn)EZ―USB FX2系列的一種。其內部結構如圖1所示。EZ-USB FX2系列的典型應用是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)硬盤(pán)、DSL調制解調器等接口類(lèi)設備。為滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要，Cypress公司為FX2提供了4種封裝形式：128引腳TQFP；100引腳QFN；56引腳QFN；56引腳SSOP。這些同種類(lèi)不同封裝的其內部結構相同，不同的封裝形式引出的外部引腳數量有所不同。EZ―USB FX2擁有獨特的結構，其串行接口引擎(SIE)負責完成諸如數據的編解碼、差錯控制、位填充等與USB協(xié)議有關(guān)的功能，將嵌入式MCU(增強型8051)解放出來(lái)，簡(jiǎn)化固件代碼的開(kāi)發(fā)。FX2中還包含一個(gè)通用可編程接口(GPIF)，它支持所有通用的總線(xiàn)標準，并可與外部ASIC、DSP等直接相連，對于EZ―USB FX系列需要微處理器(增強型8051)參與端點(diǎn)FIFO與外圍電路之間的數據傳輸，由于增強型8051本身的工作頻率較低，限制了傳輸速率的進(jìn)一步提高。雖然這種限制在12Mb／s的全速模式下并不明顯，但當速率提升至480 Mb／s的高速模式時(shí)，微處理器必將成為整個(gè)系統的帶寬瓶頸。為此，在EZ―USBFX2中，USB接口和外圍電路直接共享FIFO存儲器。增強型8051可不參與數據傳輸，但通過(guò)FIFO或RAM的方式訪(fǎng)問(wèn)所傳輸的數據，這些FIF0與USB之間的傳輸以數據包的形式實(shí)現，此處理被稱(chēng)為“量子FIF0”，它很好的解決了USB高速傳輸模式下的帶寬問(wèn)題。
EZ-USBFX2內部包含3個(gè)固定的64字節端點(diǎn)緩沖區(0xE740～0x7FF)和4KB的可配置端點(diǎn)緩沖區空間(OxF000～OxFFFF)。3個(gè)64字節的緩沖區分別用于EPO，EPIIN和EPIOUT，4KB的可配置緩沖區用于EP2、EP4、EP6和EP8。其中，端點(diǎn)0默認為控制端點(diǎn)，其0UT和IN數據共享一塊存儲空間(OxE740～OxE77F)，端點(diǎn)1支持塊傳輸、中斷傳輸和同步傳輸，其OUT數據占用緩沖區OxE780～0xE7BF，IN數據占用緩沖區OxE7C0~0xE7FFa端點(diǎn)。端點(diǎn)l僅能由EZ-USB FX2的固件訪(fǎng)問(wèn)端點(diǎn)2、端點(diǎn)4，端點(diǎn)6和端點(diǎn)8是大容量高帶寬的數據傳輸端點(diǎn)，其無(wú)需8051固件干涉便可同外圍電路完成高速數據傳輸。這4個(gè)端點(diǎn)具有非常靈活的配置方式，適應不同場(chǎng)合下的帶寬要求。其中雙重緩沖意味著(zhù)USB讀寫(xiě)一個(gè)緩沖區的同時(shí)，另一緩沖區可以與外圍電路進(jìn)行數據通信；三重緩沖增加了第3個(gè)數據緩沖區，可供USB端或外圍電路端使用；四重緩沖增加了第4個(gè)緩沖區。多重緩沖結構可在數據讀寫(xiě)雙方速度相似時(shí)，有效提高USB帶寬的性能，平滑帶寬抖動(dòng)，并減少雙方的互相等待時(shí)間。
3 硬件設計
USB控制器及其外圍電路組成系統的數據讀取和傳輸模塊，主要負責讀取數據及與PC機通信，從而完成系統功能。EZ―USBFX2和FPGA的從SlaveFIF0硬件連接如圖2所示。
EZ-USBFX2和FPGA之間的通信模式既可選擇從屬FIFO接口模式，也可選擇GPIF接口模式。通過(guò)配置IF―CONFIG[l：0]來(lái)選擇。當為11時(shí)，選擇從屬FIFO接口模式；當為10時(shí)，選擇GPIF接口模式。
當EZ―USBFX2被設置為SlaveFIFO接口模式時(shí)，USB數據在PC機和FPGA中傳輸，不需EZ-USBFX2的CPU參與，而經(jīng)EZ-USBFX2的內部端點(diǎn)FIFO傳輸。對FPGA端點(diǎn)FIFO提供了FPGA經(jīng)16位數據總線(xiàn)FD連接EZ―USBFX2 FIFO，其數據總線(xiàn)是雙向，通過(guò)SLOE引腳控制輸出。FIFOADR[1：O]引腳選擇4個(gè)FIFO中的一個(gè)與FD總線(xiàn)連接。異步方式下，SLRD和SLWR是讀／寫(xiě)選通信號。同步方式下，SLRD和SLWER作為IFCLIK時(shí)鐘引腳使能信號。這里采用異步方式。
4 USB固件程序的設計
為了簡(jiǎn)化固件編程，Cypress提供了固件編程框架，在此基礎上只需要修改少量代碼即完成固件編程。固件編程框架完成了USB標準設備請求和USB電源管理，并提供了任務(wù)調度函數，在任務(wù)調度函數中編寫(xiě)少量代碼就可完成編程。只需要提供USB設備描述符表和外圍操作程序就可實(shí)現一
個(gè)功能完整的USB設備。
4．1 函數介紹
Void TD_Init(void)：此函數主要完成EZ-USBFX2的初始化，在EZ―USBFX2再次枚舉和開(kāi)始任務(wù)分配前被調用，其目的是初始化各個(gè)端口以及各端口的先入先出緩沖區。
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