采用CY7C646xx系列實(shí)現(xiàn)USB接口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 USB簡(jiǎn)介

UBS（Universal Serial Bus）是一種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)與外設(shè)的連接接口，1995年問世，并由Compaq，Digital Equipment Corp．（現(xiàn)屬Compaq），IBM，Intel，Microsoft，NEC及Northern Telecom七家計(jì)算機(jī)與通信工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)先公司組成的聯(lián)盟定義和推廣。1996年，該聯(lián)盟公布了USB 1．1規(guī)范。其后，隨著USB的完善和應(yīng)用的需求，促進(jìn)了高速USB2．0規(guī)范在1999年發(fā)布。目前已經(jīng)成為外設(shè)的流行接口選擇。

USB具有諸多特性和特點(diǎn)。USB統(tǒng)一了各種接口設(shè)備的連接頭，如通信接口、打印機(jī)接口、顯示器接口、音響輸入／輸出設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等都采用相同的USB接口規(guī)范；USB即插即用，能自動(dòng)檢測(cè)與配置系統(tǒng)的資源；USB完全支持“熱插拔”，在開機(jī)的狀態(tài)下，可以插入和拔離USB設(shè)備；USB接口規(guī)范1．1所支持的傳輸速度可達(dá)12 Mb／s（USBl．1），USB2．0規(guī)范支持的傳輸速度達(dá)到480 Mb／s；USB支持斗種不同傳輸速度和不同傳輸質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸方式，即批量傳輸方式、中斷傳輸方式、控制傳輸方式和同步傳輸方式，能夠滿足不同設(shè)備的不同需求；USB連接設(shè)備最多可達(dá)127個(gè)；USB采用單一專用的接口型號(hào)，所有的USB設(shè)備的接口型號(hào)完全統(tǒng)一，并且使用USB集線器來增加擴(kuò)充的連接端口白的數(shù)目等。

2、 CY7C646xx系列

CY7C646xx系列是Cypress公司開發(fā)的全速的USB接口系列中的一種，該系列針對(duì)USB外圍設(shè)備設(shè)計(jì)，除了具有典型的USB特性之外，還具有三個(gè)關(guān)鍵特性：

1）該系列提供“軟”的應(yīng)用方案，即基于片內(nèi)RAM，支持即時(shí)動(dòng)態(tài)固件（Firmware）下載功能，允許無限制的擴(kuò)充和更新；

2）該系列能夠達(dá)到USBl．1協(xié)議的傳輸速度要求，向用戶提供足夠的端口、緩沖區(qū)和傳輸速度；

3）該系列對(duì)USB的底層協(xié)議實(shí)現(xiàn)高度硬件集成，簡(jiǎn)化了硬件固件代碼的編程，加速了USB通信的掌握過程，更易于開發(fā)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

采用CY7C646xx系列實(shí)現(xiàn)USB接口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系列通過USB總線（包括+5V、地、D+、D-）和計(jì)算機(jī)相連；轉(zhuǎn)發(fā)器固化到芯片內(nèi)部；串行接口引擎（亦稱USB核）具有完整的USB設(shè)備功能，完全能夠響應(yīng)主機(jī)對(duì)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求，具有3種USB配置，每種配置1個(gè)或16個(gè)端點(diǎn)。完全支持4種標(biāo)準(zhǔn)的USB數(shù)據(jù)傳輸類型（控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和同步傳輸）；芯片內(nèi)部的程序數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）具有8 KB的容量；芯片內(nèi)嵌入增強(qiáng)的8051微處理器。具有所有的8051資源，即5個(gè)I／O口，2個(gè)通用異步轉(zhuǎn)發(fā)器（UART），3個(gè)計(jì)數(shù)器／定時(shí)器，擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)等；芯片利用從屬FIFO或者通用可編程接口（CPIF）和外部邏輯（諸如DSP等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3、 USB接口系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

USB接口的結(jié)構(gòu)如圖2所示。計(jì)算機(jī)采用Windows操作系統(tǒng)，用戶程序通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序訪問目標(biāo)板。在目標(biāo)板端上，CY7C646xx把TMS320VC33型數(shù)字信號(hào)處垣器和計(jì)算機(jī)通過USB總線建立通信鏈路，用CPLD進(jìn)行目標(biāo)板的控制。TMS320VC33通過CY7C646xx內(nèi)置的從屬FIFO和CY7C646xx進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

在本方案中，CY7C646xx采用無EEPROM的列舉方式，即當(dāng)目標(biāo)板插入U(xiǎn)SB端口時(shí)，操作系統(tǒng)進(jìn)行USB常規(guī)描述符請(qǐng)求，CY7C646xx將內(nèi)置的PID、VID和DID回復(fù)主機(jī)請(qǐng)求；主機(jī)動(dòng)態(tài)加載“固件下載驅(qū)動(dòng)程序”，由該驅(qū)動(dòng)程序?qū)?051程序代碼和數(shù)據(jù)下載至CYTC646xx內(nèi)的RAM中，實(shí)現(xiàn)“軟”開發(fā)目的；該驅(qū)動(dòng)程序重置啟動(dòng)8051，重新列舉設(shè)備，下載至RAM中的程序回復(fù)主機(jī)的USB描述符請(qǐng)求，主機(jī)加載“數(shù)據(jù)通信驅(qū)動(dòng)程序”，完成USB設(shè)備的安裝。應(yīng)用程序通過“數(shù)據(jù)通信驅(qū)動(dòng)程序”和CY7C646xx建立通信，完成數(shù)據(jù)傳輸。

4、驅(qū)動(dòng)程序的編寫

USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序采用一種新的驅(qū)動(dòng)模型--WDM（windows driver model）。WDM通過提供一種靈活的方式來簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)新硬件支持的基礎(chǔ)上減少并降低所必須開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)量和復(fù)雜性?？梢詰?yīng)用Cypress公司提供編寫CY7C646xx系列驅(qū)動(dòng)程序框架源代碼進(jìn)行相應(yīng)的修改和添加，生成所需要的驅(qū)動(dòng)程序。

4．1 固件下載驅(qū)動(dòng)程序

利用代碼轉(zhuǎn)換工具h(yuǎn)ex2c．exe，將生成的8051固件代碼（hex文件）轉(zhuǎn)換為C文件；將C文件中的相應(yīng)代碼拷貝到所提供的源代碼程序之一的firmware．c相應(yīng)部分；利用WindowsDDK工具將各個(gè)源文件編譯成．sys文件。

修改相應(yīng)的INF文件，將“％USB＼VID_0547&PID_1004．DeviceDesc％=EZUSBDev．Dev，USB＼VID_&PID_‘中的VID及PID修改為相應(yīng)的”預(yù)設(shè)USB設(shè)備“的相應(yīng)VID和PID，在本應(yīng)用中，VID．為0547，PID為2235；緊接在此語句之后應(yīng)加入相同的語句，PID和VID應(yīng)為所下載的固件代碼所能提供的PID和VID，保證外設(shè)第二次列舉后能根據(jù)此PID和VID找到相應(yīng)的支持主機(jī)和電路通信的驅(qū)動(dòng)程序。

4．2 支持主機(jī)和電路通信的驅(qū)動(dòng)程序

由Cypress公司提供的GPD（General Purpose Driver）模板供用戶修改使用。它提供一個(gè)上層的程序代碼來實(shí)現(xiàn)底層的驅(qū)動(dòng)程序的編寫，能夠完成USB設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求及Cypress公司的該系列電路所特定的請(qǐng)求和數(shù)據(jù)的傳輸。該GPD所提供的接口函數(shù)具有通用性，包括打開、關(guān)閉設(shè)備及USB的I／O操作等。本應(yīng)用主要采用上述兩類接口程序，在沒有改變所提供的EZUSB．SYS的驅(qū)動(dòng)程序的情況下，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)通信。

5 、固件程序的編寫

固件程序指的是需要下載到CY7C646xx內(nèi)RAM中的8051程序代碼和數(shù)據(jù)。需要完成的功能包括初始化CY7C646xx內(nèi)部的所有用到的寄存器使之與外部電路相配合；對(duì)主機(jī)的USB標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求的響應(yīng)；CY7C646xx的電子仿真實(shí)際脫離與重新連接至USB接口的實(shí)現(xiàn)；設(shè)備休眠狀態(tài)的啟動(dòng)和終止；完成讀取OUT端點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)至內(nèi)部從屬”寫FIFO“及讀取內(nèi)部從屬”讀FIFO“的數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)至IN端點(diǎn)等功能。

該應(yīng)用采用Keil51編譯環(huán)境，用C語言完成固件源代碼的編寫。采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)框架，修改或者添加自己的代碼，完成所需要的任務(wù)。

需要注意，如果開發(fā)者沒有使用片外接存儲(chǔ)器，需將Keil51編譯環(huán)境的L51 Location選項(xiàng)中的Code（指令碼部分）始于0x0080，而且xdata（數(shù)據(jù)部分）始于0xl000，以保證在同一個(gè)RAM中指令代碼和數(shù)據(jù)不混迭。

6 、計(jì)算機(jī)端應(yīng)用程序的編寫

應(yīng)用程序與設(shè)備進(jìn)行通信的通用函數(shù)包括打開關(guān)閉設(shè)備、傳輸數(shù)據(jù)等：

6．1 打開和關(guān)閉設(shè)備

該應(yīng)用程序基于Ezusb．sys驅(qū)動(dòng)程序，利用VisualC++針對(duì)該電路進(jìn)行操作，完成數(shù)據(jù)的傳輸。

打開設(shè)備： HANDLE hDevice=CreateFile （DeviceName，

GENERIC_WRITEIGENERIC_READ，F(xiàn)ILE_SHARE_WRITE︱FILE_SHARE_READ，

NULL，OPEN_EXISTING，0，NULL）；

程序打開設(shè)備”DeviceName’‘的方式為通用讀寫方式，文件共享讀寫。

關(guān)閉設(shè)備：CloseHandle （hDevice）。

6．2 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(shè)備句柄；direction為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?；Control為4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(chǔ)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(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個(gè)數(shù)：數(shù)據(jù)傳輸格式為USB設(shè)備的統(tǒng)一規(guī)范，可參照Windows DDK中的相應(yīng)文件。

6．3 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議

每個(gè)數(shù)據(jù)包由包頭和數(shù)據(jù)或者只由包頭組成，最大的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為64字節(jié)，由于本應(yīng)用所采用的該系列的80引腳的CY7C64603沒有“數(shù)據(jù)空”對(duì)外標(biāo)志，所以，外部電路讀寫邏輯每次瀆寫64字節(jié)。傳輸?shù)淖止?jié)不足64時(shí)由固件補(bǔ)零：·數(shù)據(jù)包格式如圖3所示。