基于EZUSBFX2的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)USB接口設(shè)計(jì)

1、基于 EZUSB FX2 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) USB 接口設(shè)計(jì)摘 要： 以 CYPRESS 公司的 EZ?USB FX2 芯片為基礎(chǔ)，對(duì)工業(yè) CT 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 USB 接口設(shè)計(jì)所涉及的幾個(gè) 方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。該設(shè)計(jì)中為了能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃?度， EZ?USB 芯片采用 Slave FIFO 接口方式，在此方式下，USB 內(nèi)核不參與數(shù)據(jù)的傳輸。 CY7C68013A 芯片內(nèi)部包含有4 KB 的可配置端點(diǎn)緩沖區(qū)，這是大容量數(shù)據(jù)傳輸端點(diǎn)， 可配置成不需要 8051 固件參與就同外圍電路完成高速數(shù)據(jù)傳輸 端。 CYPRESS 公司提供的 EZ?USB 固件程序開(kāi)發(fā)包中包含 有固件程序的基本框架。

2、在此介紹 CY7C68013A 芯片的結(jié)構(gòu) 和特點(diǎn)，分析 EZ?USB FX2 固件程序框架，并給出固件程序 實(shí)例代碼，描述固件代碼裝載方式，應(yīng)用程序調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序 的接口函數(shù)。采用 EZ?USB 芯片開(kāi)發(fā) USB 接口，大大降低 開(kāi)發(fā)難度，提高開(kāi)發(fā)效率。關(guān)鍵詞： USB 2.0； EZ?USB ； FX2； 固件程序中圖分類(lèi)口號(hào)：TN919?34 ； TP334.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X （2015）04?0073?04在錐束工業(yè) CT 系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來(lái)獲取探測(cè)器輸出信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)上傳給計(jì)算機(jī)做圖像重建，同時(shí)傳計(jì)算機(jī)的控制命令，是工業(yè) CT 的關(guān)鍵部件

3、。通用串行總線( Universal Serial Bus ， 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認(rèn)可， USB 2.0 標(biāo)準(zhǔn)其 高速傳輸模式的速率可達(dá) 480 Mb/s ，可以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的速率要求。本文設(shè)計(jì)采用 CYPRESS 公司的 EZ?USB FX2系列芯片作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)間的 USB 接口芯片，具 體型號(hào)為 CY7C68013A1?2 。數(shù)據(jù)采集卡整體結(jié)構(gòu)如圖 1 所 示，本文只介紹 USB 接口軟硬件設(shè)計(jì)部分。USB 接口設(shè)計(jì)主要涉及 USB 固件程序編寫(xiě)，裝載，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝，應(yīng)用程序與驅(qū)動(dòng)程序間的接口等方面。CYPRESS 公

4、司提供包含有固件程序框架，通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng) 程序的應(yīng)用開(kāi)發(fā)包，降低了 USB 接口的開(kāi)發(fā)難度。下面就USB 接口開(kāi)發(fā)所涉及的幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。1 EZ?USB 硬件介紹CY7C68013A 接口芯片是 CYPRESS 公司 EZ?USB FX2系列芯片中的一種類(lèi)型， 它集成了 USB2.0 協(xié)議的微處理器， 支持12 Mb/s的全速傳輸與480 Mb/s的高速傳輸，完全適用于USB2.0并向下兼容USB1.1。芯片內(nèi)部集成增強(qiáng)型 8051內(nèi)核，指令周期為 4個(gè)時(shí)鐘周期， 時(shí)鐘頻率可配置為 12 MHz， 24 MHz , 48 MHz。集成智能SIE (串行引擎接口)，由USB2.0 收發(fā)器

5、與 SIE 完成 USB 協(xié)議的封包與解包功能 1。CY7C68013A芯片內(nèi)部包含3個(gè)固定的，64 B的端點(diǎn)緩沖區(qū)，分別是EP0, EP1IN，EP1OUT。EP0是默認(rèn)的控制傳輸端點(diǎn)，EP1IN 和 EP1OUT 支持塊傳輸，中斷傳輸與同步傳輸，此三端點(diǎn)只能由 8051 內(nèi)核訪問(wèn)。還有 4 KB 的可配置端點(diǎn)緩沖區(qū)， 分別是EP2, EP4, EP6, EP8,它們是大容量寬帶的數(shù)據(jù)傳輸端點(diǎn)，不需要 8051 固件參與就同外圍電路完成高速的數(shù) 據(jù)傳輸 3 。這 4 個(gè)端點(diǎn)可以靈活的配置容量，滿(mǎn)足多種數(shù)據(jù) 傳輸要求。2 EZ?USB FX2 CY7C68013A 固件程序設(shè)計(jì)CY7C6801

6、3A 固件程序是指在 EZ?USB 芯片內(nèi)部 RAM中運(yùn)行的程序代碼，固件程序是USB 接口設(shè)計(jì)的核心部分。固件代碼的作用就是控制芯片執(zhí)行指定的設(shè)備功能，即處理 上位機(jī)下傳的各種 USB 設(shè)備請(qǐng)求，控制芯片與外圍電路進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸。 EZ?USB 芯片內(nèi)部集成增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核， USB芯片的固件程序?qū)嶋H上就是單片機(jī)程序文件，可以采用匯編 語(yǔ)言或 C 語(yǔ)言編寫(xiě)。 CYPRESS 公司提供的 EZ?USB FX2 固 件程序開(kāi)發(fā)包中提供了固件程序的基本框架，這為用戶(hù)開(kāi)發(fā) 基于 EZ?USB FX2 芯片的 USB 設(shè)備提供了很大的方便。2.1 固件框架 固件程序框架主要包括設(shè)備初始化， 處理

7、標(biāo)準(zhǔn) USB 設(shè)備請(qǐng)求和 USB 掛起時(shí)的電源管理等。程序框架使用 Keil C51編寫(xiě)，它是現(xiàn)成的直接可以編譯為 HEX 文件的 8051 程序代 碼，使用者只需要改寫(xiě) USB 描述表， 在一些固定函數(shù)下添加 功能代碼，主要是 EZ?USB 芯片的初始化配置和實(shí)現(xiàn) USB外設(shè)功能的代碼。固件框架的流程圖如圖 2 所示4 。復(fù)位后固件先初始化一些全局變量，然后調(diào)用初始化函數(shù) TD_Init ()，該函數(shù)初始化 USB 設(shè)備到?jīng)]有配置的狀態(tài)， 并打開(kāi)中斷。循環(huán) 1 s 進(jìn)行一次設(shè)備重枚舉，直到端點(diǎn) 0 收 到一 SETUP 包，然后進(jìn)入 while 循環(huán)語(yǔ)句，開(kāi)始 TD_Poll任務(wù)處理函數(shù)。依

8、次執(zhí)行下列過(guò)程：1)TD_Poll) 用戶(hù)任務(wù)調(diào)度函數(shù)；如果發(fā)現(xiàn)USB 設(shè)備請(qǐng)求，則分析該請(qǐng)求并執(zhí)行；如果收到USB 掛起信號(hào)，則調(diào)用 TD_Suspend()掛起函數(shù)，內(nèi)核掛起，直到出現(xiàn) USB 遠(yuǎn)程喚醒信號(hào)，調(diào)用TD_Resume (),內(nèi)核喚醒，從新進(jìn)入 while循環(huán)。固件框架包含的文件如表 1 所示。表 1 固件框架文件列表2.2 固件代碼編寫(xiě)USB固件程序主要的功能有 2個(gè)：一是PC機(jī)的Windows系統(tǒng)能夠檢測(cè)與識(shí)別相應(yīng)設(shè)備；二是數(shù)據(jù)的上傳與下傳。Cypress公司為EZ?USB FX2系列芯片提供的固件程序框架極大的簡(jiǎn)化了固件開(kāi)發(fā)。一般的固件開(kāi)發(fā)只需要修改用戶(hù)調(diào) 度函數(shù)文件Pe

9、riph.c與USB描述符列表文件 Dscr.a51，這兩個(gè)文件在 Keil C51 編程器中都可打開(kāi)。 Periph.c 文件中只需 要修改 TD_Init ()與 TD_Poll ()函數(shù)。在本設(shè)計(jì)中為了能進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸，EZ?USB芯片采用Slave FIFO接口方TD_Poll）函數(shù)不用寫(xiě)代碼，設(shè)置成空函數(shù)就可以了。這樣USB式。此方式下， USB 內(nèi)核不參與數(shù)據(jù)的傳輸，所以固件程序的開(kāi)發(fā)主要任務(wù)就是改寫(xiě) TD_Init （）函數(shù)與 USB描述符列表文件Dscr.a51。在本設(shè)計(jì)中配置端點(diǎn)6傳輸方向?yàn)?IN ，傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設(shè)置為1 024 B ，深度為 2 級(jí)，作用是上傳采集的數(shù)據(jù)。配置端點(diǎn)2 傳輸方向?yàn)镺UT,傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設(shè)置為1 024 B ，深度固件程序的編為 2 級(jí)，作用是下傳 FPGA 的命令配置參數(shù)。譯使用Keil P，Vision2集成編譯環(huán)境，集成編譯環(huán)境中包括有 C51 編譯器， A51 匯編器等工具與調(diào)試器。代碼中還需包 含頭文件 FX2.h與Fx2regs.h，庫(kù)文件Ezusb