基于USB的DSP高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

1、    基于USB的DSP高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)        張 鑫1， 蘇東林1， 李保權 時間:2008年04月11日     字 體: 大 中 小        關鍵詞:        摘要：介紹了在TMS320C32系列DSP上，利用EZ-USB FX2微控制器擴展USB接口

2、的技術，實現(xiàn)了DSP與計算機之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。關鍵詞：USB DSP FX2 USB驅動 固件數(shù)字信號處理器DSP以其運算速度快的特點已被廣泛應用。但目前絕大部分DSP處理器僅提供了串口通訊方式，該方式僅適合少量數(shù)據(jù)的傳送，不能滿足通訊、圖像處理等需要高速數(shù)據(jù)交換場合的應用。由于DSP運算過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)不能實時向計算機傳輸，從而成為拓展DSP應用領域的一個瓶頸。而近幾年發(fā)展起來的通用串行總線USB技術，能夠滿足設備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。如果將USB技術應用到DSP處理器上，就可以徹底地解決DSP設備與計算機間大數(shù)據(jù)量的交換問題，從而極大地擴展了DSP的應用領域。本文實現(xiàn)了在TMS320C3

3、2系列DSP上，利用EZ-USB FX2微控制器擴展USB接口的技術，實現(xiàn)了DSP與計算機之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。1 USB簡介1。2 系統(tǒng)構成2.1 EZ-USB FX2性能特點為了實現(xiàn)USB2.0的高速帶寬，把FX2的端點FIFO和從屬FIFO（實現(xiàn)和外部邏輯器件或處理器接口的FIFO）集成在一起以減少內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸時間。并且FX2的FIFO有獨特的“量子”特性22.2 TMS320C32性能特點數(shù)字信號處理器采用TI公司的TMS320C32，這是TI公司的第一代浮點DSP芯片。TMS320C32的性能特點：具有16M字的空間，每字32位。這16M字空間包括程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)和I/O空間；為

4、32位處理器，具有32位內(nèi)部存儲器、32/40位內(nèi)部寄存器、32位內(nèi)部總線，還支持8位、16位數(shù)據(jù)操作，并且包含了兩個512×32位的快速RAM塊；C32通過24位的地址總線、32位的數(shù)據(jù)總線和三組選通信號IOSTRB、STRB0和STRB1訪問外部存儲器；TMS320C32是在TMS320C30和TMS320C31基礎上進行了簡化和改進。在結構上的改進包括可變寬度的存儲器接口、更快速的指令周期時間、可設置優(yōu)先級的雙通道DMA處理器、靈活的引導程序裝入方式、可重定位的中斷向量表以及可選的邊緣/電平觸發(fā)中斷方式等。特別是其增強的外部存儲器接口，使得對外部數(shù)據(jù)的操作更加方便，存儲器接口電

5、路的設計也更加靈活，因此在許多實時數(shù)據(jù)采集和信號處理的系統(tǒng)中得到了廣泛的應用34。2.3 系統(tǒng)設計FX2有三種工作模式：端口、GPIF和從FIFO（Slave FIFO）模式。在本系統(tǒng)中，F(xiàn)X2工作于從FIFO模式下，TMS320C32作為主控（Master），直接控制FIFO數(shù)據(jù)的讀寫。4KB的FIFO空間全部分配給了EP2端點，使其形成四重1 024字節(jié)的緩沖。當C32向其中一個FIFO寫“滿”時，F(xiàn)X2自動將該FIFO轉換到外部接口端，排隊等候PC機讀??；并將EP2中下一個為“空”的FIFO轉移上來，供C32繼續(xù)寫數(shù)據(jù)。USB的數(shù)據(jù)傳輸有四種模式：塊傳輸(Bulk Transfers)、

6、中斷傳輸（Interrupt Transfers）、同步傳輸（Isochronous Transfers）、控制傳輸（Control Transfers）。當需要快速傳輸大批量的準確數(shù)據(jù)時，一般采用塊傳輸模式；而當傳輸實時性較強的數(shù)據(jù)時，則應采用中斷傳輸模式。在該系統(tǒng)中采用了塊傳輸模式。TMS320C32與FX2的連接如圖2所示。其中，I/O和WR#分別是C32的一個通用I/O信號和讀寫使能信號，PKTEND用于強制FX2發(fā)送FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)。例如，將EP2設置為自動傳送模式，當C32向EP2中寫滿1 024個字節(jié)后，EP2自動將數(shù)據(jù)轉移至USB端口，供上位機讀?。划擟32發(fā)送的數(shù)據(jù)不是1 0

7、24的整數(shù)倍時，最后一個數(shù)據(jù)包因為比1 024小所以不會被EP2發(fā)送。這時有兩種方法：一是用無效數(shù)據(jù)將EP2補充滿；二是使用PKTEND信號在PKTEND的上跳沿處，F(xiàn)X2將EP2內(nèi)的剩余數(shù)據(jù)轉移至USB5。3 軟件設計3.1 固件設計在該系統(tǒng)中，F(xiàn)X2的固件完成如下工作：（1）配置如下描述符。; Endpoint DescriptordbDSCR_ENDPNT_LEN; 描述符長度dbDSCR_ENDPNT; 描述符類型db82H; 端點號是2,輸出OUTdbET_BULK; 端點類型db00H; 包的大小，低字節(jié)(LSB)db04H; 包的大小，高字節(jié)(MSB)db00H; 檢測間隔（2）

8、初始化一些寄存器的值，使之滿足系統(tǒng)設計。下面是采用keil C51編寫的C語言固件程序的主要代碼：void TD_Init(void)CPUCS = 0x10; /CLKSPD1:0=10, 48MHz IFCONFIG = 0xCB; /異步從FIFO模式REVCTL = 0x03; EP2CFG=0xE8; /方向OUT，塊傳輸，四緩沖，1024字節(jié)PORTACFG = 0x40; /將PA7管腳設置為SLCS，從FIFO的片選信號FIFORESET = 0x80; FIFORESET = 0x02;FIFORESET = 0x00; EP2FIFOCFG = 0x0D; /配置EP2為自

9、動方式，16位總線EP2AUTOINLENH=0x04;/數(shù)據(jù)包大小為1024字節(jié)EP2AUTOINLENL=0x00;可以看出，一旦FX2芯片上電后、CPU完成以上寄存器的初始化時，就不再干預FIFO的工作了，C32直接通過FIFO就建立起了與PC機之間的USB通道。3.2 驅動程序6。WDM型的USB驅動程序體系結構如圖3所示。該系統(tǒng)采用Cypress公司提供的GPD(General Purpose Driver)模板。該模板提供了一個上層的程序代碼來實現(xiàn)底層的驅動程序的編寫，能夠完成USB設備的標準請求及Cypress公司的電路所特定的請求和數(shù)據(jù)的傳輸。GPD所提供的接口函數(shù)具有通用性，

10、包括打開、關閉設備及USB的IO操作等7。本應用在沒有改變所提供的EZUSBSYS的驅動程序的情況下，實現(xiàn)主機和外設的數(shù)據(jù)通信。3.3 應用程序設計應用程序是用戶操作計算機的界面，界于用戶與底層驅動之間。應用程序通過調(diào)用WIN32的API函數(shù)實現(xiàn)和驅動程序之間的通訊，完成對USB外設的讀取和發(fā)送。首先，打開設備(程序打開設備“DeviceName”的方式為通用讀寫方式，文件共享讀寫):HANDLE hDevice=CreateFile （DeviceName, /指向文件名的指針GENERIC_WRITEIGENERIC_READ， /訪問模式（寫/讀）FILE_SHARE_WRITEFILE

11、_SHARE_READ， /共享模式NULL， /指向安全屬性的指針OPEN_EXISTING， /如何創(chuàng)建0， /文件屬性NULL/用于復制文件句柄）；然后進行數(shù)據(jù)傳輸，其代碼為：BOOL bResult = DeviceloControl (hDevice，direction，&Control，sizeof （xxxx_TRANSFER_CONTROL)，buffer，length， (unsigned long*)&nBytes，NULL ),其中，hDevice為設備句柄；direction為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?；Control為四種USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭x擇；size(xxxx_TRANSFER_CONTROL)為數(shù)據(jù)格式所需存儲空間的大??；buffer為所傳輸數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)地址指針；nBytes為傳輸完成后實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸格式為USB設備的統(tǒng)一規(guī)范，可參照Windows DDK中的相應文件。本系統(tǒng)用于CCD成像檢測系統(tǒng)中，設備成像后的圖像經(jīng)USB向計算機傳輸。如