深度解讀基于USB接口VSAT基帶數據采集系統設計

CPLD控制采集外部數據的時(shí)鐘可同時(shí)作為CY7C68013的從FIFO模式的讀寫(xiě)控制時(shí)鐘，即CY7C68013的接口時(shí)鐘連接到IFCLK引腳，FLAGA-FLAGD為FIFO標志引腳，用于映射FIFO的當前狀態(tài)，SLWR/SLRD是CY7C68013從FIFO的寫(xiě)使能/讀允許信號，CPLD向CY7C68013從FIFO提供從FIFO輸出允許信號SLOE，僅在數據輸出時(shí)有效，FD[15：0]為16位雙向數據總線(xiàn)。FIFOADR[1：0]為端點(diǎn)FIFO選擇信號。

3 軟件設計

本系統軟件設計部分包括固件、驅動(dòng)程序和應用程序的設計。

3.1 USB設備固件程序設計

固件程序是指運行在設備CPU中的程序，是整個(gè)程序設備的核心，可采用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言設計，CyPress為用戶(hù)提供了一個(gè)固件程序框架，幫助用戶(hù)完成相當一部分USB協(xié)議相關(guān)的工作，用戶(hù)只需根據外設功能的具體要求，在相應的函數中填寫(xiě)函數體。Cypress提供的這一框架程序簡(jiǎn)化了用戶(hù)的固件程序設計。

本系統固件開(kāi)發(fā)所使用的編程語(yǔ)言為德國Keil公司的C51編譯器，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為μVision2，該固件共包含以下5個(gè)文件：

1)ez-usb.lib

是EZ USB函數庫對象程序代碼。

2)usbjmptb.obj

定義了FX2中INT2和INT4的中斷跳轉表。

3)dscr.a51

包含描述符的表數據，包括設備描述符、設置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符和字串描述符等，用來(lái)定義設備的ID號、端點(diǎn)的設置特性，主機就是通過(guò)讀取設備的描述符來(lái)獲取USB外設的功能特性，從而給設備加載相應的驅動(dòng)程序并配置設備。

4)fw.c

是固件運行的主程序文件，負責處理主機發(fā)出的各種USB設備請求，該程序首先初始化所有的內部狀態(tài)變量，然后調用TD_Init函數進(jìn)行初始化，并打開(kāi)中斷。之后，固件程序開(kāi)始列舉USB設備，直至在端點(diǎn)0上接收到SETUP令牌包時(shí)為止。一旦接收到STUP令牌，其將重復執行下面的任務(wù)分配過(guò)程：調用用戶(hù)函數TD_Poll，以完成用戶(hù)指定的任務(wù);檢測是否有USB設備請求(SETUP令牌)如果有，則執行指令并作出相應的操作，如果沒(méi)有，則繼續向下執行，檢測USB核是否有USB掛起實(shí)踐，如果有USB掛起事件，則調用用戶(hù)程序TD_Suspend，交由用戶(hù)處理;當TD_Suspend返回為真時(shí)，USB核檢測是否重新開(kāi)始事件，如果沒(méi)有USB掛起事件，則使處理器處于掛起狀態(tài)，當檢測有重新開(kāi)始的事件，USB核調用用戶(hù)程序TD_Resume，并繼續執行本步驟，當TD_Suspend返回為假時(shí)，則繼續執行本步驟。

5)periph.c

包含各種用戶(hù)功能函數(如TD_Init、TD_Poll等)及其INT2中斷服務(wù)子程序的定義，它實(shí)現了本系統的主要功能。

在本系統中，把端點(diǎn)2配置為批量傳輸、IN方向，封包大小為512字節，每微幀包含2個(gè)封包，數據傳輸速率為64Mbit/s為就可滿(mǎn)足實(shí)際需要，終端0作為默認的控制傳輸管道來(lái)處理USB事件。

3.2 驅動(dòng)程序設計

FX2的設備驅動(dòng)程序有兩種：一種用來(lái)在設備接入時(shí)從主機下載固件到RAM中，稱(chēng)為固件下載驅動(dòng)程序(ezloader.sys);另一種是在設備重新列舉后加載的設備驅動(dòng)程序(ezusb.sys)。應用軟件通過(guò)該設備驅動(dòng)程序與FX2通信。

固件的程序代碼既可以通過(guò)外部E2PROM下載，也可以通過(guò)主機下載在本系統中選擇從主機下載，此時(shí)外接E2PROM中存放的是固件下載的PID/VID，且第1個(gè)字節是0xC0H，系統通過(guò)該PID/VID找到固件下載驅動(dòng)程序(ezloader.sys)將相應的固件代碼下載到FX2的RAM中。ezloader.sys的生成是利用Cypress公司提供的固件下載驅動(dòng)程序源代碼和用戶(hù)編譯成功的固件代碼。在Win2000 DDK中創(chuàng )建的，并根據E2PROM提供的PID/VID修改相應的.inf文件，在將固件下載RAM中后，系統清楚內存中的固件下載驅動(dòng)程序，并進(jìn)行重新列舉，讓C8051固件控制FX2，此時(shí)，系統獲得由C8051固件提供的PID/VID(與E2PROM中的不同)，認為有新的USB設備接入，并據此加載相應的設備驅動(dòng)程序。

Ezusb.sys是本系統運行時(shí)所使用的主要驅動(dòng)程序，它定義了幾個(gè)IOCTL代碼，其中：IOCTL_Ezusb_GET_DEVICE_DESCRIPTOR用于讀取USB設備描述符;IOCTL_Ezusb_GET_CONFIGURATION_DESCRIPTOR用于讀取USB設備的配置信息，IOCTL_Ezusb_BULK_READ用于主機讀取USB設備發(fā)出的塊數據，IOCTL_Ezusb_GET_CURRENT_FRAME_NUMBER，用于讀取USB傳輸過(guò)程中當前的幀序號。

3.3 用戶(hù)程序設計

應用程序開(kāi)發(fā)中，可用VC++編制應用程序。所有的用戶(hù)程序是通過(guò)I/O控制調用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)EZ-USB的設備驅動(dòng)程序的，可以把EZ-USB設備當成文件來(lái)操作，利用CreateFile得到EZ-USB句柄，通過(guò)得到的句柄，用一個(gè)Win32函數DeviceIoControl()，把IOCTL和相關(guān)的輸入輸出緩沖區提交給驅動(dòng)程序，來(lái)進(jìn)行控制傳輸，用ReadFile，WriteFile進(jìn)行批量傳輸。當應用軟件退出時(shí)，用CloseHandle()關(guān)閉設備。

4 結束語(yǔ)

本文結合實(shí)際工程的需要，提出了基于USB接口的VSAT基帶數據采集的設計方案，并給出了硬件系統及軟件設計方法，在USAT通信的實(shí)際應用中，該系統與后端軟件結合，很容易實(shí)現對VSAT數據的分析與處理，可廣泛應用于VSAT通信系統中。