CY7C68013芯片的USB接口固件設(shè)計(jì)

1、CY7C68013 芯片的 USB 接口固件設(shè)計(jì) 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：北京交通大學(xué) 李強(qiáng) 伍堅(jiān) 姚冬蘋 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(diǎn)是高速傳輸特 性，可以很好地解決海量數(shù)據(jù)在嵌入式系統(tǒng)與 PC 機(jī)之間的互傳問(wèn)題；同時(shí) USB 接口還具有 熱插拔、速度快（具有 3 種數(shù)據(jù)傳輸模式，即低速、全速、高速；最快可達(dá) 480 Mbps 和擴(kuò)展 性好（最多可以連接 127 個(gè) USB 設(shè)備等特點(diǎn)，從而使得 USB 接口得到了廣泛的應(yīng)用。 1 USB 芯片 CY7C68013 介紹 CY7C68013 屬于 Cypress

2、 公司的 FX2 系列產(chǎn)品，是 Cypress 公司生產(chǎn)的第一款 USB2 . 0 -H- LJL 心片。 CYTC68013 是一個(gè)帶增強(qiáng)型 MCS51 內(nèi)核和 USB 接口的單片機(jī)，完全遵從 USB2 . O 協(xié) 議，可提供高達(dá) 480 Mbps 的傳輸率；內(nèi)部集成 PLL（鎖相環(huán)，最高可使 5l 內(nèi)核工作在 48MHz ;對(duì)外提供兩個(gè)串口，可以方便地與外部通信；片內(nèi)擁有 8 KB 的 RAM，可完全滿足 系統(tǒng)每次傳輸數(shù)據(jù)的需要，無(wú)需再外接 RAM。由于芯片內(nèi)部沒(méi)有 ROM，一旦 USB 設(shè)備斷開(kāi) 與 PC 的連接，程序代碼將無(wú)法保存，需要每次在 PC 機(jī)接入 USB 設(shè)備后，重新下載。另

3、 外，CY7C68013 支持一種“E2PROM 引導(dǎo)方式”，即先將固件下載到片外 E2PROM 中，當(dāng)每 次 USB設(shè)備通電后，F(xiàn)X2 自動(dòng)將片外 E2PROM 中的程序讀入芯片中。 CY7C68013 與外設(shè)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(jī)方式，可以通過(guò)軟件編寫讀/寫控制時(shí)序，靈活方便，幾乎可以與所有 8/16 位 接口的控制器、存儲(chǔ)器和總線實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。 Slave FTFO 是從機(jī)方式，外部控制器可以像對(duì) 待普通 FIFO 樣對(duì)芯片內(nèi)的多個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行讀/寫； S1ave FIFO 方式也可以靈活配置，以 適應(yīng)不同的需要。

4、 2 硬件設(shè)計(jì)思想 USB 數(shù)據(jù)傳輸流程如圖 I所示。 圖i use n據(jù)件輸潦程因 工作流程可分為兩個(gè)部分：芯片初始化部分和數(shù)據(jù)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(guò)程中的芯片初始化部分。當(dāng) USB 接口接入 PC 后，首先 進(jìn)行 PC 的設(shè)備搜索，從 USB 端獲得設(shè)備的 VID / PID，以及 USB 芯片的工作方式；然后 PC 機(jī)通過(guò)得到的 VID/PID 獲取設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，保證設(shè)備的工作。與此同時(shí)， USB 芯片上電開(kāi) 始，MCU 開(kāi)始從 E2PR0M 中獲取 MCU 的工作狀態(tài)、采用的工作模式、數(shù)據(jù)傳輸方式、所用 到傳輸方式端點(diǎn)的大小以及傳輸方向，并

5、對(duì)接口器件進(jìn)行相應(yīng)芯片寄存器的初始化。實(shí)現(xiàn)內(nèi)容 因具體芯片而異，因此確定接口器件后再說(shuō)明寄存器初始化的方法。 2 . 2 數(shù)據(jù)傳輸部分 不同器件相接實(shí)現(xiàn)方式不同，在此以 CY7C68013 與 DSP6416 HPI 接口數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)為 例，介紹數(shù)據(jù)傳輸流程。 首先，簡(jiǎn)單地介紹一下 DSP611 6 HPI接口。HPI是一個(gè)并行端口，通過(guò) HPI 可以直接訪 問(wèn) DSP 的存儲(chǔ)空間，也可以通過(guò) DMA /EDMA 控制器實(shí)現(xiàn)對(duì) DSP 存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)。HPI 口 可以提供 16/ 32 位的數(shù)據(jù)接口，通過(guò)主機(jī)或者 CPU 訪問(wèn) HPI控制寄存器（HPIC 來(lái)確定 HPI 接口的數(shù)據(jù)帶寬。 PC

6、 確定了 DSPHPI 作為 USB 的接口器件，DSPHPI 接口的初始化如下：對(duì)于 DSP，為了滿 足數(shù)據(jù)的正常傳輸，需要對(duì) HPIC 寄存器進(jìn)行設(shè)置，即設(shè)置字長(zhǎng)，初始化時(shí)假設(shè) DSP 向主機(jī) 發(fā)送中斷和 Ready 信號(hào)。因?yàn)闆](méi)有用到 HPT 的地址線，因此不需要設(shè)置 HPIA 寄存器。此時(shí) DSP 已經(jīng)做好了接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。 為了滿足與 HPI接口讀/寫時(shí)序的無(wú)縫連接，此處采用了 GPIF 傳輸模式。流程如下： 當(dāng)數(shù)據(jù) PC 端發(fā)送時(shí)，USB 收發(fā)機(jī)將收到的信號(hào)發(fā)送給 CY7C68013 , USB 芯片接收到數(shù) 據(jù)后先存放在端點(diǎn)寄存器里，等到數(shù)據(jù)放滿數(shù)據(jù)緩存區(qū)時(shí)， USB 芯片

7、啟動(dòng) GPIF，將數(shù)據(jù)送入 DSP。當(dāng) DSP 接收到數(shù)據(jù)后會(huì)對(duì) HPIC 控制器進(jìn)行設(shè)置，發(fā)送給 USB 中斷信號(hào)，提示收到數(shù) 據(jù)包，即完成 1 次 PSDSP 傳輸。 當(dāng)數(shù)據(jù)從 DSP 端發(fā)送時(shí)，HPIC 寄存器發(fā)送中斷至 USB 芯片，USB 芯片做好接收數(shù)據(jù)的 準(zhǔn)備；然后 HPI 將數(shù)據(jù)送入 USB 芯片，等數(shù)據(jù)緩存區(qū)放滿 1024 字節(jié)后，將數(shù)據(jù)通過(guò) USB 發(fā) 送至 PC 機(jī)接收端。 3 硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 如前所述，接口電路方面 USB 為了滿足 HPI接口的讀/寫時(shí)序采用 GPIF 方式。 3.1 CY7C68013 與 HPI 接口電路 CY7C68013 與 HPT 接口

8、電路原理圖如圖 2 所示。 圖2電賈原理圖 這里需要說(shuō)明的有如下幾點(diǎn)： HHWIL 主要用來(lái)區(qū)分第 1 個(gè)/第 2 個(gè) Halfword 的傳輸，且僅在半寧傳輸時(shí)出現(xiàn)。由于主 機(jī)沒(méi)有數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用的情況，因此在這里將 HAS 置高電平。 HDSI、HDS2 作為數(shù)據(jù)選通信號(hào)，主要用于主機(jī)尋址 HPI 周期內(nèi)控制數(shù)據(jù)傳輸，在本次工 作中沒(méi)有用到，而為了調(diào)試方便，保留了 HDSI 和 HDS2，通過(guò)高低電平控制它們的變化。由 于 HDSI、HDS2 和 HCS在片內(nèi)是組合為一個(gè)低有效的 HSTROBE 信號(hào)，其組成關(guān)系如下： HSTROBE=NOT(HDSI XOR HDS2OR HCS 所以

9、 HDSI 置低電平，HDS2 置高電平，禾 U 用 HCS 的信號(hào)變化控制 HPI 讀/寫初始化。 HCNTL1 : O主要用來(lái)控制當(dāng)前訪問(wèn)的是 HPI 的哪個(gè)寄存器。在 HP1 初始化時(shí)完成 HPIC 寄存器的控制信息。HPID 寄存器主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)數(shù)據(jù)的讀取/寫入。此處沒(méi)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。 HD15 : O對(duì)應(yīng)于 PB7 : 0、PD7 : 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(fù)位時(shí) HD5 為低電平。3.2 固件調(diào)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(lái)確定

10、整個(gè)過(guò)程采用的方式，確定端點(diǎn)的傳輸方式、方向和緩存區(qū)的大小，設(shè)置 HPI 接口的 HPIC 寄存器以及設(shè)備的枚舉。本設(shè)計(jì)采用的是 GPIF 傳輸方式，端點(diǎn)選擇的是批 量傳輸。采用的端點(diǎn)是 EP2 和 EP6。 EP2 傳輸方向?yàn)?OUT，緩存區(qū)大小為 1024 字節(jié)；EP6 傳輸方向?yàn)?IN，緩存區(qū)大小為 1024 字節(jié)；通過(guò)對(duì) HPIC 的操作確定 HPI的工作方式以及 HPID 的數(shù)據(jù)傳輸方式。編寫 GPIF 數(shù)據(jù)中斷函數(shù)和 USB 設(shè)備描述符。 (2GPIF 波形部分 GPIF 波形采用 Cypress 公司提供的 GPIF Designer 來(lái)實(shí)現(xiàn)。GPIF Designer 通過(guò)簡(jiǎn)單

11、形象 的界面解決了復(fù)雜程序表示的 GPIF 時(shí)序設(shè)計(jì)問(wèn)題。與 DSP HPI 接口相符合的讀、寫時(shí)序如 圖 4 和圖 5 所示。CiPlF* 血；化一 HPIK ； in&it 嚴(yán) EPft、 4“ rtt iiGPn 轅出函 tt feMHM 的就據(jù).蛻 a 或衛(wèi)槪點(diǎn) 特1T送 人 EP2tfff： Staler lata HAS HCS HHW| HR nU HDSJ HDS2 91 r -1 1 EICS 1 1 11 L 1 ! 1 - |i 1 HHU1L - 1 i I I I 1 ;1 1 1 1 1 1 廠 1 f |i ! 1 1 1 1 Hk耳 1 j li 1 L

12、 1 1 i i ! r i HOS1 i i i r ! r i r 1 f 1 i i i 1 HDS?； I i i i i | 1 * . 1 1 i i A 5 FiFO時(shí)停 (3 中斷產(chǎn)生時(shí) GPIF 數(shù)據(jù)傳輸 在程序中實(shí)現(xiàn)每當(dāng)緩存區(qū)數(shù)據(jù)達(dá)到 1024 字節(jié)或?yàn)樽詈笠话鼣?shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。下 面的程序是 EP2 將數(shù)據(jù)發(fā)送到 DSP 端的程序: if GP1FTR1G f- 1 1 if( V 3 4 SkNChELAYi EP6 將從 DSP 收到的數(shù)據(jù)傳給主控端的程序如下: if (in_ ) 1( I 】 i RIG r 甬 ) 1()A - bmHPlDAUTC) vshih L! HPLRDY) ISYXtDFLAV. IrMFICHl Tn-inf 1. SM ) )t：bAy ； t.PlMi - l.Hi 1 -.nJ i 陽(yáng)Nc加. AYi jnt . . ( (iPiF ns t OEl-AY i whijr- Gln t KB. t