基于DSP的USB接口設計與實現-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于DSP的USB接口設計與實現-設計應用摘要:介紹了一種基于DSP的USB接口設計方案,分別從接口的硬件設計、接口操作原理、軟件設計流程以及中斷服務程序設計要點等方面進行闡述,并利用Cypress公司提供的USB2.0接口芯片CY7C68001實現了USB2.0從機接口設計,通過硬件平臺的搭建和軟件程序設計,實現了PC機與DSP之間高速雙向地傳輸數據。

關鍵詞:嵌入式;接口設計;中斷;CY7C680011

1引言

近年來,隨著數字信號技術的發(fā)展,需要處理的數據量越來越大,處理的速度也越來越快,因此具有高速性能DSP芯片的應用得到了廣泛重視。而通過DSP處理的數據往往要傳輸給PC機進行存儲和再處理,那么就必須解決DSP與PC機之間的高速通信問題。本設計方案以德州儀器(TI)的C5000系列DSP芯片TMS320VC5416為微處理器,利用Cypress公司提供的USB2.0接口芯片CY7C68001實現了USB2.0從機接口設計,從而使PC機與DSP通過USB2.0接口實現高速雙向地傳輸數據。

2TMS320VC5416與CY7C68001EZUSBSX2硬件接口設計

系統(tǒng)方案采用PC機作為上位機,負責USB總線上檢測到設備接入并進行枚舉、識別的過程,并且可以通過在PC機上運行應用程序來控制數據的傳輸。USB芯片作為USB設備端,連接DSP與上位機的數據交換。DSP用于實現USB協(xié)議,通過DSP編程實現DSP數據通過USB接口與PC機通信,且USB芯片的描述符寫入及各種命令狀態(tài)的處理均通過DSP編程實現。

TMS320VC5416是TI的一款16bit定點高性能DSP,由于VC5416的功耗低、性能高,其分開的指令和數據空間使該芯片具有高度的并行操作能力,在單周期內允許指令和數據同時存取,再加上高度優(yōu)化的指令集,使得該芯片具有很高的運算速度,同時該芯片本身具有豐富的片內存儲器資源以及多種片上外設,因此在工程界得到了廣泛的應用。

Cypress公司的CY7C68001EZ-USBSX2是一款高性能、使用方便的USB2.0接口芯片,滿足USB2.0協(xié)議,可工作在高速(480Mbps)或全速(12Mbps)模式下,提供一個控制端點用于處理USB設備的請求以及四個可配置端點用于傳輸控制和數據信號,這四個端點共享一個4KB的FIFO空間,具備標準的8位或16位外部主機接口,可無縫連接多種標準微處理器,比方說DSP、ASIC和FPGA等,并可根據需求設置為同步或異步接口,片內集成鎖相環(huán)(PLL),該芯片廣泛應用于DSL調制解調器、MP3、讀卡器、數碼照機、掃描儀、打印機等設備。

系統(tǒng)的硬件接口設計如圖1、圖2所示,兩者通過數據、地址總線以及讀、寫信號線等進行通信,CY7C68001的片選信號連接至TMS320VC5416的I/O空間片選信號上,CY7C68001的FIFO擴展在VC5416的I/O空間上。

電源部分采用一片1117將5V轉為3.3V供給CY7C68001EZ-USBSX2,模擬地與數字地之間采用磁珠連接,復位部分采用RC電路設計,且芯片資料上介紹有典型值100KΩ和0.1μF。

3接口操作原理

CY7C68001有兩個外部接口:

(1)命令接口:用來訪問CY7C68001寄存器、Endpoint0緩沖器,以及描述表。

(2)FIFO數據接口:用來訪問4個1K字節(jié)的FIFO中的數據。

這兩個外部接口均可以通過同步或異步的方式進行訪問。

本設計采用異步的方式進行訪問。根據圖3的地址分配,利用TMS320VC5416的三根高位地址線(A11、A12、A13)連接CY7C68001的FIFOAD0/1/2,用以選擇FIFO2、FIFO4、FIFO6、FIFO8以及命令接口,其地址表如圖3所示。CY7C68001的地址線FIFOADR[2:0]為100B時,選中CY7C68001的命令口（Command）。通過CY7C68001的命令口,可以訪問37個寄存器、Endpoint0緩沖器（64個字節(jié)FIFO）和描述表（500個字節(jié)FIFO）等,對這些寄存器進行讀寫方式采用二次尋址方式,即首先通過命令口將要尋址的寄存器的子地址和操作類型（讀或寫）寫入,然后再通過命令口將數據讀出或寫入相應的寄存器。

寫入命令口的內容稱為命令字,命令字包含要尋址的寄存器的子地址,或要寫入寄存器的數據的高4位或低4位。讀命令口必須要跟在給命令口寫讀命令字之后,讀出的為相應寄存器的8位數據。所以,寄存器的寫操作由3個步驟組成:

4USB接口的軟件設計

USB接口的軟件設計由兩部分組成:一是在PC機Windows中運行USB2.0Utility工具,是一個Windows圖形用戶界面軟件,提供CY7C68001與Windows操作系統(tǒng)的接口程序,使得CY7C68001的開發(fā)變得簡單。二是在在DSP中運行嵌入式應用程序代碼,提供硬件的驅動,用來管理CY7C68001進行不同方式的數據處理,從而實現USB2.0傳輸協(xié)議。

4.1USB接口的軟件設計流程

USB接口的軟件設計,DSP端代碼大致包括DSP芯片初始化(vc5416_init函數)、USB芯片初始化(sx2_init函數)、USB芯片配置程序(sx2_setup函數)以及USB芯片數據讀寫程序(sx2_processdata函數),程序流程如圖4所示。

DSP芯片初始化(vc5416_init函數)主要負責設置VC5416的工作頻率,配置SWCR以及SWWSR寄存器,另外本應用系統(tǒng)采用一個GPIO引腳作為68001的復位信號,所以還需要對其進行相關設置。

USB芯片初始化(sx2_init函數)主要負責清除Buffer緩沖區(qū)以及使能VC5416的外部中斷INT1,待初始化結束后發(fā)出READY中斷,此時DSP將描述符寫入68001,進行枚舉過程,待枚舉通過后發(fā)出ENUMOK中斷,枚舉方式可以采用外部EEPROM通過I2C總線上電后從外部導入描述符,也可采用通過運行DSP程序從DSP導入到68001,本應用系統(tǒng)采用第二種枚舉方式。

USB芯片配置程序(sx2_setup函數)是在命令通道(0節(jié)點)收到無法自動處理的上位機請求,68001向VC5416發(fā)出SETUP中斷后執(zhí)行的程序,此時VC5416通過對SETUP寄存器連續(xù)執(zhí)行八次讀操作流程即可得到8字節(jié)請求,系統(tǒng)可以響應該請求或STALL該請求。

USB芯片數據讀寫程序(sx2_processdata函數)即PC機與USB從設備端遵照USB傳輸協(xié)議進行數據通信。

CY7C68001的地址FIFOAD[2:0]為100時,選中CY7C68001的命令接口。對于命令接口的讀寫要分兩步進行,即在READY有效時,先通過命令接口寫入要尋址寄存器的子地址和操作類型(讀或寫),之后,在READY再次有效時分兩次讀寫命令接口,即可讀寫一個字節(jié)的數據。

4.2中斷服務程序設計要點

DSP使用一個外部中斷引腳(INT1)與CY7C68001的INT腳相連,USB總線上產生一系列的活動,均會觸發(fā)相應的中斷,一旦中斷產生,DSP會從CY7C68001的Command口中讀取相應的值,來判斷產生的是何種中斷。

CY7C68001EZ-USBSX2包括六個中斷源:SETUP(收到來自于USB上位機(PC)發(fā)送過來的Set-up包時產生的中斷)、EP0BUF(端點0緩存可用時產生的中斷)、FLAGS(OUT端點FIFO的狀態(tài)從空變?yōu)榉强諘r產生的中斷)、ENUMOK(SX2枚舉完成后產生的中斷)、BUSACTIVITY(SX2檢測到總線活動時產生的中斷)以及READY(SX2上電并且復位完畢后產生的中斷),每一個中斷源都可以通過置位或清除INTENABLE寄存器中相應位來使能或禁止。

CY7C68001芯片采用中斷緩沖機制,每次只會有一個中斷源,其他中斷源只有在上一個中斷被讀走后才會發(fā)出新的中斷請求。

因此,當一個中斷產生時,INT引腳為低電平狀態(tài),同時中斷狀態(tài)位會置入命令接口,在進入中斷程序后應先對中斷源進行判斷,首先判斷是否是讀寄存器所產生的中斷,如果是則將數據準備好標志位置1然后返回,否則外部PC通過選通SLRD/SLOE信號從命令接口中讀取中斷狀態(tài)位來判斷產生的是何種中斷,然后根據中斷源進行相應操作,DSP讀取中斷狀態(tài)位后自動清除中斷標志位。

5結束語

基于上述方法實現的USB接口電路,為DSP構筑與PC機之間的高速雙向傳輸通路。通過硬件平臺的搭建和軟件程序的實現,驗證了該接口電路可以滿足高速信號處理的數據傳輸要求,并具有速度快和可靠性高等優(yōu)點,相信隨著嵌入式技術的發(fā)展以及基于USB2.0協(xié)議的芯片的普遍應用,基于USB的接口技術將得到更加廣泛的應用。

參考文獻:

[1].CY7C68001datasheet/datasheet/CY7C68001+_1097509.html.[2].PCdatasheet/datasheet/PC+_