基于DSP實現(xiàn)USB芯片的固件程序流程和設計

USB接口（Universal Serial Bus）是一種通用的高速串行接口。它最主要的特點是高速傳輸特性，可以很好地解決海量數據在嵌入式系統(tǒng)與PC機之間的互傳問題；同時USB接口還具有熱插拔、速度快（具有3種數據傳輸模式，即低速、全速、高速；最快可達480 Mbps）和擴展性好（最多可以連接127個USB設備）等特點，從而使得USB接口得到了廣泛的應用。

1、USB芯片CY7C68013介紹

CY7C68013屬于Cypress公司的FX2系列產品，是Cypress公司生產的第一款USB2．0芯片。

CYTC68013是一個帶增強型MCS51內核和USB接口的單片機，完全遵從USB2．O協(xié)議，可提供高達480 Mbps的傳輸率；內部集成PLL（鎖相環(huán)），最高可使5l內核工作在48MHz；對外提供兩個串口，可以方便地與外部通信；片內擁有8 KB的RAM，可完全滿足系統(tǒng)每次傳輸數據的需要，無需再外接RAM。由于芯片內部沒有ROM，一旦USB設備斷開與PC的連接，程序代碼將無法保存，需要每次在PC機接入USB設備后，重新下載。另外，CY7C68013支持一種“E2PROM引導方式”，即先將固件下載到片外E2PROM中，當每次USB設備通電后，F(xiàn)X2自動將片外E2PROM中的程序讀入芯片中。

CY7C68013與外設有主／從兩種接口方式：可編程接口GPIF和Slave FIFO?？删幊探涌贕PIF是主機方式，可以通過軟件編寫讀／寫控制時序，靈活方便，幾乎可以與所有8／16位接口的控制器、存儲器和總線實現(xiàn)無縫連接。Slave FTFO是從機方式，外部控制器可以像對待普通FIFO一樣對芯片內的多個緩沖區(qū)進行讀／寫；S1ave FIFO方式也可以靈活配置，以適應不同的需要。

2、硬件設計思想

USB數據傳輸流程如圖l所示。

工作流程可分為兩個部分：芯片初始化部分和數據傳輸部分。

2.1 芯片初始化部分

本部分是適用于任何USB傳輸過程中的芯片初始化部分。當USB接口接入PC后，首先進行PC的設備搜索，從USB端獲得設備的VID／PID，以及USB芯片的工作方式；然后PC機通過得到的VID／PID獲取設備的驅動，保證設備的工作。與此同時，USB芯片上電開始，MCU開始從E2PROM中獲取MCU的工作狀態(tài)、采用的工作模式、數據傳輸方式、所用到傳輸方式端點的大小以及傳輸方向，并對接口器件進行相應芯片寄存器的初始化。實現(xiàn)內容因具體芯片而異，因此確定接口器件后再說明寄存器初始化的方法。

2．2 數據傳輸部分

不同器件相接實現(xiàn)方式不同，在此以CY7C68013與DSP6416 HPI接口數據傳輸實現(xiàn)為例，介紹數據傳輸流程。

首先，簡單地介紹一下DSP611 6 HPI接口。HPI是一個并行端口，通過HPI可以直接訪問DSP的存儲空間，也可以通過DMA／EDMA控制器實現(xiàn)對DSP存儲空間的訪問。HPI口可以提供16／32位的數據接口，通過主機或者CPU訪問HPI控制寄存器（HPIC）來確定HPI接口的數據帶寬。

確定了DSPHPI作為USB的接口器件，DSPHPI接口的初始化如下：對于DSP，為了滿足數據的正常傳輸，需要對HPIC寄存器進行設置，即設置字長，初始化時假設DSP向主機發(fā)送中斷和Ready信號。因為沒有用到HPT的地址線，因此不需要設置HPIA寄存器。此時DSP已經做好了接收或發(fā)送數據的準備。

為了滿足與HPI接口讀／寫時序的無縫連接，此處采用了GPIF傳輸模式。流程如下：

當數據PC端發(fā)送時，USB收發(fā)機將收到的信號發(fā)送給CY7C68013，USB芯片接收到數據后先存放在端點寄存器里，等到數據放滿數據緩存區(qū)時，USB芯片啟動GPIF，將數據送入DSP。當DSP接收到數據后會對HPIC控制器進行設置，發(fā)送給USB中斷信號，提示收到數據包，即完成1次PC→DSP傳輸。

當數據從DSP端發(fā)送時，HPIC寄存器發(fā)送中斷至USB芯片，USB芯片做好接收數據的準備；然后HPI將數據送入USB芯片，等數據緩存區(qū)放滿l024字節(jié)后，將數據通過USB發(fā)送至PC機接收端。

3、硬件電路的設計與實現(xiàn)

如前所述，接口電路方面USB為了滿足HPI接口的讀／寫時序采用GPIF方式。

3.1 CY7C68013與HPI接口電路

CY7C68013與HPT接口電路原理圖如圖2所示。

這里需要說明的有如下幾點：

①HHWIL主要用來區(qū)分第1個／第2個Halfword的傳輸，且僅在半寧傳輸時出現(xiàn)。由于主機沒有數據線和地址線復用的情況，因此在這里將HAS置高電平。

HDSl、HDS2作為數據選通信號，主要用于主機尋址HPI周期內控制數據傳輸，在本次工作中沒有用到，而為了調試方便，保留了HDSl和HDS2，通過高低電平控制它們的變化。由于HDSl、HDS2和HCS在片內是組合為一個低有效的HSTROBE信號，其組成關系如下：

HSTROBE=NOT（HDSl XOR HDS2）OR HCS所以HDSl置低電平，HDS2置高電平，利用HCS的信號變化控制HPI讀／寫初始化。

②HCNTL［1：O］主要用來控制當前訪問的是HPI的哪個寄存器。在HP1初始化時完成HPIC寄存器的控制信息。HPID寄存器主要實現(xiàn)數據傳輸時數據的讀取／寫入。此處沒有用到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。

③HD［15：O］對應于PB［7：o］、PD［7：0］接口，由于為半字傳輸方式，因此在這里需要將HD5置低電平，以滿足芯片復位時HD5為低電平。

3.2 固件調試部分

固件程序流程圖如圖3所示。

（1）初始化部分

該部分用來確定整個過程采用的方式，確定端點的傳輸方式、方向和緩存區(qū)的大小，設置HPI接口的HPIC寄存器以及設備的枚舉。本設計采用的是GPIF傳輸方式，端點選擇的是批量傳輸。采用的端點是EP2和EP6。EP2傳輸方向為OUT，緩存區(qū)大小為1024字節(jié)；EP6傳輸方向為IN，緩存區(qū)大小為l024字節(jié)；通過對HPIC的操作確定HPI的工作方式以及HPID的數據傳輸方式。編寫GPIF數據中斷函數和USB設備描述符。

（2）GPIF波形部分

GPIF波形采用Cypress公司提供的GPIF Designer來實現(xiàn)。GPIF Designer通過簡單形象的界面解決了復雜程序表示的GPIF時序設計問題。與DSP HPI接口相符合的讀、寫時序如圖4和圖5所示。

（3）中斷產生時GPIF數據傳輸

在程序中實現(xiàn)每當緩存區(qū)數據達到l024字節(jié)或為最后一包數據時，自動進行數據傳輸。下面的程序是EP2將數據發(fā)送到DSP端的程序：

EP6將從DSP收到的數據傳給主控端的程序如下：

4、總 結

本文以CY7C68013和DSP HPI接口為例描述了USB芯片的固件程序流程和設計思想。通過采用GPIF模擬了HPI接口的讀／寫時序，實現(xiàn)了DSP與USB的無縫連接。