USB2.0接口芯片CY7C68013的固件程序開發(fā)

USB2.0接口芯片CY7C68013的固件程序開發(fā)

?摘要：USB2.0接口技術(shù)為外設(shè)與主機之間提供了一種靈活高效的雙向數(shù)據(jù)通道。可廣泛地應用于數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制和消費數(shù)碼等方面。本文簡要介紹了支持USB2.0協(xié)議的接口芯片CY7C68013的結(jié)構(gòu)。分析了 CY7C68013芯片的固件程序框架的結(jié)構(gòu)。給出了如何在該固件程序框架下使用C語言進行固件程序開發(fā)的方法。?
?? 關(guān)鍵字： USB2.0, 接口，固件程序
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引言：

??? 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高，在瞬態(tài)信號測量、圖像處理等一些高速、高精度的測量中，需要進行高速數(shù)據(jù)采集。USB2.0接口以其高速率、靈活性等優(yōu)點漸有取代傳統(tǒng)的ISA及PCI數(shù)據(jù)總線的趨勢。與此同時作為一種靈活而又低廉的接口技術(shù)，USB接口更是以其熱插拔特性成為各種PC外設(shè)的首選接口。因此，圍繞著USB2.0的開發(fā)成為當前的一大熱門。
??? 下面將以Cypress公司的CY7C68013芯片為例來探討一下支持USB2.0協(xié)議的固件程序的開發(fā)。

1. 接口芯片CY7C68013簡介：
CY7C68013芯片是Cypress公司的EZ-USB FX2系列中一種既滿足USB2.0協(xié)議同時兼容USB1.1協(xié)議的功能強大的接口芯片。其結(jié)構(gòu)如下圖所示[2]：

???????????????????? 圖1?? CY7C68013接口芯片結(jié)構(gòu)

該芯片有如下幾個特點[2]：
1）?集成有一塊增強型8051內(nèi)核
與普通8051微處理器相比該增強型處理器有如下改進：
l?完成每個指令周期只需4個時鐘周期；
l?時鐘頻率可軟配置為12/24/48MHz；
2）?集成有一個串行接口引擎(SIE)以及一個USB2.0收發(fā)器
由于USB2.0收發(fā)器和串行接口引擎完成了USB協(xié)議的封包、解包等功能，屏蔽了底層信號的電氣特性。
3）?支持軟配置：
采用再次枚舉（ReNumeration）技術(shù)，固件程序可以保存在主機上，每次上電后通過USB接口將固件下載到芯片RAM中。具有很大的靈活性。
4）?通用可編程接口(GPIF)：
GPIF提供可編程控制的接口時序，使得無需附加邏輯（glue logic）即能實現(xiàn)與外圍芯片如DSP、ASIC等的連接，同時也支持ATAPI、EPP等總線標準。
5）?四個可編程端口（Endpoint）：
CY7C68013共有7個輸入輸出端口：EP0、EP1OUT、EP1IN、EP2、EP4、EP6、EP8。其中EP2、EP4、EP6、EP8 分別可以被配置為批量/中斷/同步傳輸模式，傳輸方向均可配置為出/入。
6）?可編程緩沖區(qū)（Buffer）深度：
端口EP2、EP6的緩沖區(qū)大小可編程為512或1024字節(jié)，深度可編程為2/3/4倍大??；端口EP4、EP8的緩沖區(qū)固定為512字節(jié)大小，深度為2倍。采用不同的配置方式，實現(xiàn)特定帶寬、速率要求的數(shù)據(jù)傳輸。

2．開發(fā)工具：

??? Cypress公司的網(wǎng)站（http://www.cypress.com）上提供了CY7C68013芯片的開發(fā)工具包下載,該開發(fā)包提供了開發(fā)固件程序的所需的一些資源：Keil uVision2集成開發(fā)環(huán)境（限制版）；Cypress C51固件框架程序以及一些例子程序。
??? Keil uVision2 是一個功能強大的集成開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境集成有C51編譯器和A51匯編器以及BL連接定位器等一系列工具和模擬仿真、調(diào)試器，因此它能夠支持C程序和匯編程序混合的工程，給軟件的開發(fā)帶來很大的便利[5]。
Keil C51是一種專為8051單片機設(shè)計的高效率C語言編譯器，符合ANSI標準，生成的程序代碼運行速度極高，所需要的存儲空間極小，完全可以個匯編語言相媲美。同時，C51具有豐富的庫函數(shù)，多達100多種功能函數(shù)。因此，采用C語言作為開發(fā)語言以Keil uVision2作為工程開發(fā)平臺，完成源代碼的編寫、仿真、調(diào)試，將在相當程度上降低固件開發(fā)難度、提高開發(fā)效率[4]。

3．固件結(jié)構(gòu)及組成：

??? 固件程序的功能雖然復雜，在編寫時需要用到大量的函數(shù)，但其基本結(jié)構(gòu)卻相對簡單，包括如下幾個部分：
3．1設(shè)備描述符表：
??? 每一個USB設(shè)備在與主機建立數(shù)據(jù)通信之前必須先向主機通報自己的具體配置，包括設(shè)備的廠商、產(chǎn)品識別號(VID、PID)，設(shè)備的供電方式以及能量消耗等一系列重要信息。而這些有關(guān)設(shè)備的信息就是通過設(shè)備描述符表來通報給主機，從而使主機采用適當?shù)姆绞浇⑴c設(shè)備之間的連接.其結(jié)構(gòu)如下所示：
??? DeviceDscr:??
????? db?? 18?????????????? ;;該描述符長度（以字節(jié)為單位）
????? db?? DSCR_DEVICE?? ;; 描述符類型
????? ……
????? db?? 1??????????????? ;; 共有幾種配置（1種）
3．2固件程序框架源碼：
??? 該文件提供了一個固件程序的框架結(jié)構(gòu)，適用于一般的對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?。該結(jié)構(gòu)提供了對開發(fā)者開放的程序接口，開發(fā)者通過在這些接口函數(shù)中加入適當?shù)拇a來實現(xiàn)所需的功能。
??? 其工作流程如圖 2所示，
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????????????????? 圖2????? 固件程序框架工作流程

3．3接口函數(shù)：
??? 在固件程序框架中提供了功能函數(shù)接口，通過在這些接口函數(shù)中加入自行開發(fā)代碼可以實現(xiàn)特定的功能并大大降低固件程序的開發(fā)難度，加速USB系統(tǒng)開發(fā)的過程。這些接口函數(shù)分三類：任務分配、標準設(shè)備請求執(zhí)行和USB總線中斷處理[3]。下面將依次介紹這些接口函數(shù)和用途。
3．3．1任務分配
??? TD_Init()
說明：此函數(shù)主要是完成FX2的初始化，在FX2再次枚舉和開始任務分配前被調(diào)用，其目的是初始化各個端口以及各端口的先入先出緩沖區(qū)。
??? TD_Poll()
??? 說明：此函數(shù)在設(shè)備運行時被重復的調(diào)用，它應包括完成特別任務的代碼。在該函數(shù)返回前，優(yōu)先級高的任務可能已經(jīng)完成。但是，如果它返回值為假，F(xiàn)X2將不會影響設(shè)備請求和USB總線設(shè)備掛起事件。如果需要大量的處理時間，F(xiàn)X2就會通過多次調(diào)用TD_Poll()函數(shù)將時間分段。
??? TD_Suspend()
??? 說明：此函數(shù)是在設(shè)備進入掛起狀態(tài)前調(diào)用的，開發(fā)者在其中加入適當?shù)拇a，對設(shè)備的工作狀態(tài)進行配置，可使設(shè)備處于低功耗狀態(tài)并返回真值。但是開發(fā)者可以改動TD_Suspend()的程序代碼，使其返回為假，這樣可以使FX2不進入掛起狀態(tài)。
??? TD_Resume()
??? 說明：當外部要求重新啟動時（如，外界產(chǎn)生Wakeup中斷或者USB總線有傳輸活動發(fā)生），設(shè)備就會通過調(diào)用此函數(shù)來對處理器進行重啟，也就是TD_Suspend()函數(shù)的逆操作。此時，設(shè)備在正常電源下重新啟動。
3．3．2設(shè)備請求
??? 設(shè)備請求函數(shù)具有如下的形式：
??? BOOL DR_xxx(void)
??? {
???????? ……???? file://設(shè)備請求處理代碼
???????? return(TURE);
??? }
主要是完成對于來自主機的命令及請求的處理工作，如配置端口等。
3．3．3USB中斷
??? FX2設(shè)備的中斷包括與標準8051中斷相同的中斷同時也包含一些FX2特有的中斷。由于在固件程序中提供了中斷服務例程接口，開發(fā)者只須在需要處理的中斷服務例程接口中加入自己編寫的中斷服務代碼即可完成對相應中斷請求的服務，這樣就可以避免深入研究FX2的中斷自動引導（Interrupt Autovectors）的邏輯結(jié)構(gòu)[2]。這些中斷服務例程接口函數(shù)的形式為：
??? void ISR_xxx(void)? interrupt 0
{
??????? ……? file://開發(fā)者中斷服務代碼
??????? EZUSB_IRQ_CLEAR();
??????? USBIRQ = bmXXX;???????? // 清除該中斷請求
}

4. 總結(jié)：

在了解了Cypress的固件程序框架結(jié)構(gòu)之后，采用Keil uVision2開發(fā)環(huán)境在該Cypress的固件框架下開發(fā)可以在很大程度上降低固件程序的開發(fā)難度并縮短開發(fā)周期，獲得較高的效率。

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