基于EZ-USB FX2的USB 2．0系統軟件開(kāi)發(fā)

通用串行總線(xiàn)(Universal SeriaI Bus，簡(jiǎn)稱(chēng)USB)以其易插拔、無(wú)需配置、真正的即插即用等特性獲得了廣泛的市場(chǎng)認可。USB 1．O標準于1996年1月提出，傳輸速度為1．5 Mb／s的低速模式；1998年9月提出的USB 1．1標準則將速度提高到12 Mb／s的全速模式，并且增加了中斷傳輸的傳輸方式。USB 2．0標準于2000年4月提出，將傳輸速度提高了40倍，達到了480 Mb／s的高速模式，足以滿(mǎn)足大多數外設的速率要求

1 USB2．0接口芯片EZ-USB FX2的系統架構及開(kāi)發(fā) 要點(diǎn)

CYPRESS的EZ-USB FX2是業(yè)界推出的第一個(gè)USB 2．0集成外圍控制器。該器件集成有1個(gè)8051處理器、1個(gè)串行接口引擎(SIE)、1個(gè)USB收發(fā)器、8．5 kB片上RAM，4 kB FIFO存儲器以及1個(gè)通用可編程接口(GPIF、)。FX2是一個(gè)相當完整的解決方案。

集成的USB收發(fā)器連接到USB總線(xiàn)管腳D+和D一，串行接口引擎sIE實(shí)現串行數據的編解碼、檢錯、位填充和其他USB所需信號層的任務(wù)。最終sIE實(shí)現從USB接口 收發(fā)并行數據。

FX2中集成了增強型的8051處理器，他可工作在12MFIz，24 MHz和48 MHz的頻率，并且一個(gè)指令周期只需4個(gè)時(shí)鐘周期。單片機只是進(jìn)行USB傳輸的維護及控制并不進(jìn)行直接的數據傳輸。

為了實(shí)現USB 2．0的高速帶寬，把FX2的端點(diǎn)FIF(和從屬FIFO(實(shí)現和外部邏輯器件或處理器接口的FIFO)集成在一起以減少內部數據傳輸時(shí)間。并且FX2的FIFO有獨特的"量子"特性，數據以I-JSB分組大小為單位被提交到FIF0，而不是每次一個(gè)字節。這簡(jiǎn)化了錯誤恢復，如果用經(jīng)典的FIFO，當產(chǎn)生壞的(CR((循環(huán)校驗碼）時(shí)，所有的數據必然泛濫流出，因為他是壞數據；如果CRC是好的，則分組信息能從USB域交換到I／O(輸入／輸出)域。對外來(lái)說(shuō)，他看起來(lái)仍然像FIF0，但代之以每次只傳送1個(gè)字或1個(gè)字節為立即傳送整個(gè)分組信息。端點(diǎn)緩沖器可通過(guò)固件設置為雙、三或四緩沖器，與所需的數據量或靈活性有關(guān)。Fx2的FIFO量子特性及可編程設置多緩J沖為滿(mǎn)足USB 2．0所需帶寬提供了保障。

FX2片上只有RAM而無(wú)ROM，可以直接通過(guò)USB下載程序，實(shí)現所謂"軟配置"。"軟配置"提高了軟件的調試及升級速度。

FX2與外部邏輯的2種接口方式：Slave FIFlos方式和通用可編程接口GPIF、方式。Slave FIFOs方式是從機方式，外部控制器可像普通FIF0一樣對FX2的多層緩沖FIF、O進(jìn)行讀寫(xiě)。FX2的Slave FIFOs工作方式可設為同步或異步；工作時(shí)鐘可選為內部產(chǎn)生或外部輸入；其他控制信號也可靈活地設置為高有效或低有效?？删幊探涌?GPIF)方式是主機方式，可以軟件編程讀寫(xiě)控制波形，他幾乎可以對任何8／16 b接口的控制器、存儲器和總線(xiàn)進(jìn)行數據的主動(dòng)讀寫(xiě)，非常靈活。

2系統軟件的開(kāi)發(fā)

USB系統軟件主要包括設備固件、USB設備驅動(dòng)程序和應用程序3個(gè)部分。

2．1固件架構

對于USB總線(xiàn)控制芯片，如果沒(méi)有芯片與主機及外部邏輯通信的代碼，芯片則無(wú)法完成響應功能。為了便于開(kāi)發(fā)者縮短開(kāi)發(fā)周期，CYPRESS為開(kāi)發(fā)者提供了固件程序框架來(lái)實(shí)現循環(huán)查詢(xún)的程序和與主機通信的端點(diǎn)中斷程序。用戶(hù)只需在這些框架里加入自己的代碼就可以實(shí)現特定的功能。固件程序框架可以實(shí)現芯片初始化、處理USB標準設備請求、電源掛起管理等。為用戶(hù)提供3類(lèi)鉤子函數：任務(wù)調度，標準設備請求解析，uSB中斷處理。

EZ-USB FX2固件程序框架首先初識化所有內部狀態(tài)量，然后調用用戶(hù)初始化函數TD-Init()，然后初始化UsB總線(xiàn)設備接口為非配置狀態(tài)，并同時(shí)打開(kāi)中斷。當完成上面的任務(wù)后，EZ-USB FX2固件程序就開(kāi)始重新枚舉，直到在端點(diǎn)0收到SETUP包為止。一旦EZ-USB FX2收到SETUP包，固件程序框架就開(kāi)始進(jìn)行任務(wù)分配、任務(wù)分配就是依次重復地執行以下過(guò)程：

(1)調用用戶(hù)函數TD-Poll()。

(2)檢測是否有未處理的設備請求，如果有，解析接收到的命令，進(jìn)行適當響應。默認情況下，他會(huì )對給定的標準設備請求實(shí)現USB定義的響應；但是，框架提供分支程序允許用戶(hù)程序解析處理或者覆蓋特定的設備請求。

(3)檢測USB核是否報告了一個(gè)USB掛起事件，如果有，調用用戶(hù)函數TD～Susupend()。當返回值為真，檢測是否有恢復事件，如果沒(méi)有，則掛起處理器。當檢測到恢復事件，調用用戶(hù)函數TD-Resume()，并繼續執行步驟(3)。當TD-Sustlpend()返回值為假時(shí)，則繼續執行步驟(3)。通過(guò)以上流程，固件程序實(shí)現了簡(jiǎn)單的合作任務(wù)執行框架。

2．2驅動(dòng)程序

在Windows平臺下，USB驅動(dòng)程序由3部分組成：USB設備驅動(dòng)程序，USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序和USB主控制器驅動(dòng)程序，他們必須遵循win32驅動(dòng)程序模型(wDM)。其中，windows操作系統已經(jīng)提供了處于驅動(dòng)程序棧底的USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序和USB主控制器驅動(dòng)程序。而USB設備驅動(dòng)程序由設備開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)，他通過(guò)向USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序發(fā)送包含URB(USB Request Block)的IRP(I／0Request Packet)，來(lái)實(shí)現USB外設之間的信息交換。當主機應用程序要對USB設備進(jìn)行I／0操作時(shí)，他調用Windows API函數對win32子系統進(jìn)行win32調用，由I／O管理器將此請求構造成一個(gè)合適的IRP，并把他傳遞給USB設備驅動(dòng)程序。USB設備驅動(dòng)程序接受到這個(gè)IRP后，根據IRP中的包含的具體操作代碼，構造響應的URB并把他放到一個(gè)新IRP中，然后把此IRP傳遞到USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序，USB總線(xiàn)驅動(dòng)程序根據IRP中所包含的URB執行響應的操作，并把操作結果通過(guò)IRP返還給USB設備驅動(dòng)程序。USB設備驅動(dòng)程序接受到此IRP后，將操作結果通過(guò)IRP返還I／O管理器。最后，I／O管理器將此IRP中的操作結果返還給應用程序，至此應用程序對uSB設備的一次I／O操作完成。

在CYPRESS公司的EZ-USB FX2開(kāi)發(fā)包中，有一個(gè)通用的驅動(dòng)程序。EZ-USB GENERAL PURP()SEDEVICE DRIVER(GPD)，GPD提供了USB標準設備請求和數據傳輸的用戶(hù)模式接口，可以直接用來(lái)開(kāi)發(fā)上層應用程序，加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

2．3上層應用程序
應用程序工作于用戶(hù)模式，用戶(hù)模式可以訪(fǎng)問(wèn)文件，處理數據，人機交互，不過(guò)必須借助設備驅動(dòng)程序來(lái)訪(fǎng)問(wèn)硬件。對于EZ-USB FX2而言，所有用戶(hù)模式通過(guò)I／0 control調用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)EZ-USB GPD。每一個(gè)連接到主機的EZ-USB設備，驅動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)形式為ezusb-i的符號連接名。符號連接名用于調用CreateFile時(shí)得到設備驅動(dòng)的句柄，實(shí)際上CreateFile()得到設備驅動(dòng)創(chuàng )建的設備對象的句柄。
應用程序通過(guò)CreateFile()得到USB設備句柄，用Device Control()來(lái)進(jìn)行控制傳輸。在VC環(huán)境下開(kāi)發(fā)的主機端的應用程序，實(shí)現了設備的打開(kāi)、關(guān)閉、固件下載、端口配置和文件傳輸等功能。界面如圖3所示。

3結語(yǔ)

USB2．0為PC和外部硬件設備之間提供了一種快速-和方便的數據交換方式，本文提供了基于EZ USB FX2的一個(gè)很好的解決方案，實(shí)現了從底層固件到上層應用程序數據傳輸的整個(gè)軟件系統。

參考文獻:

[1].ROMdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[2].EZ-USBdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/EZ-USB_305660.html.