基于TMS320VC54X的USB2.0硬件接口设计
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关键词：端点；枚举；先进先出
USB总线具有传输速度高、热插拔、即插即用等特点，深受广大用户青睐，但由于USB通信协议和开发手段的复杂性，给研究人员的开发应用增加了一定的难度。CYPRESS公司生产的CY7C68001通用USB2.0接口控制器是基于应用层编程的接口器件，相对于其它基于链路层编程的接口器件，使用简单，开发方便。因此我们在深入研究CY7C68001的特点的基础上，对TMS320VC54X进行USB功能接口设计。
1 USB测控系统框图
测控系统的框图如图1所示。
２ CY7C68001的主要特点
CY7C68001符合USB2.0规范；支持高速（480Mbps）或全速（12Mbps）USB数据传输；4个可编程端点共享4KB的FIFO，每个端点对应的FIFO空间大小及FIFO状态可编程；8/16位双向命令接口、配置灵活（同步/异步可配置，状态引脚、读写引脚以及极性可编程），数据I/O口可与DSP、FPGA或其它ASIC同步/异步通信；智能SIE功能(可在不借助微处理器中断的前提下完成枚举)；集成的锁相环功能；I/O口为3.3VTTL电平，可承受5V电压。
３ TMS320VC54X与CY7C68001的异步接口
接口框图如图2所示，CY7C68001相关引脚说明如下：
：表明CY7C68001有中断事件发生，或反映对于CY7C68001的读操作结束；READY：通知TMS320VC54X可以对CY7C68001读写；FLAGA、FLAGB、FLAGC：报告由FIFOADR[2:0]选择的FIFO状态，默认分别对应为FIFO自定义、满、空状态；FLAGD/ 
：FIFO状态/片选可选，默认为片选信号；SLOE：CY7C68001驱动并行数据总线，常与SLRD短接；SLRD：并口读有效信号，在SLRD有效且同步通信时，FIFO指针在每个IFCLK的上升沿递增；SLWR：并口写有效信号，在SLRD有效且同步通信时，FIFO指针在每个IFCLK的上升沿递增；PKTEND：总是高电平，将当前的缓冲区提交给上位机USB；FD[15:0]：数据总线；FIFOADR[2:0]：提供给与TMS320VC54X接口的FIFO地址选择。
４ CY7C68001主要寄存器说明
命令接口寄存器：命令字的格式如表１所示：
表１ 命令字的格式
A/D对应地址/数据，0 表示本次操作为数据读或写，1 表示本次操作为地址写 。 R/W表读/写操作选择，0 写操作，1 读操作。A[5:0] 地址/数据，当A/D=0时，A[3:0]为数据半字节，A[5:4]未用。命令字为8位，命令字数据分两次读出或写入 ，对于每个字节而言，先读写高4位，后低4位。当A/D=1时，A[5:0]为将要寻址的命令寄存器地址。
端点配置寄存器（EPXCFG）：对USB端点类型、方向和大小进行配置。端点2、4、6和8共享8X512byte的RAM，通过配置，端点2、6分别享有2、3或4个512byte大小的缓冲区，端点4、8最大只能配置成两个缓冲区。本文使用默认端点配置（每个端点对应512B*2缓冲的Bulk配置）。EPXPKTLENH/L：端点缓冲区大小寄存器。FLAGSAB/FLAGSCD：FIFO引脚标志分配寄存器。EPXPFH/L：确定每一端点对应FIFO标志大小的寄存器。
５ CY7C68001提供给DSP两种软件接口
（1）FIFO接口：CY7C68001内部4Kbyte的RAM（8个512byte块）通过编程，分配给EP2、EP4、EP6和EP8直接作为FIFO。
（2）命令接口：用于设置CY7C68001、读状态、加载描述符和访问端点0 。
DSP通过对CY7C68001地址线FIFOADR[2:0]的访问完成上述两种接口，地址分配如表2：
表2 DSP对CY7C68001寻址
６ DSP与CY7C68001的通信
本部分包括DSP自身初始化、DSP对CY7C768001初始化、DSP协助HOST计算机枚举CY7C68001、中断处理以及对CY7C68001的各状态监控。由于本文使用CY7C68001默认的描述符信息，所以在枚举时只要提供厂商、产品及设备代码（VD、PD、DD）即可，如果把这部分代码烧写到符合I2总线接口的EEPROM，并连接到CY7C68001的SCL、SDA引脚，USB枚举时，在SIE作用下，可以自动完成枚举。在DSP初始化中对I/O口等待状态寄存器设置为7，以适应同CY7C68001的数据交换。
CY7C68001的初始化：CY7C68001的初始化是通过对它的一系列寄存器进行设置完成的。CY7C68001的地址FIFOADR[2:0]为100时，选中CY7C68001的命令接口。通过CY7C68001的命令接口，可以访问37个寄存器、端点零缓冲器（64个字节FIFO）和描述表（500bytes的FIFO）。对于这些寄存器、缓冲器和描述表的读写操作，根据上面的论述要分两步进行，即在READY有效时，先向命令口写入要寻址寄存器的子地址和操作类型（读或写），之后，在READY再次有效时分两次读写命令口，即可读写一个字节的数据。相应读写时序（图３、图４）及代码如下：
void WriteRegister (BYTE r, BYTE d) //寄存器号r,要写入的数据d
{
low_level_command_write (0x04, (r | 0x80)); // bit7 = 1, bit6 = 0，写请求
low_level_command_write (0x04, (d & 0xF0) >> 4); //写数据的高四位
low_level_command_write (0x04, (d & 0x0F)); //写数据的低四位
}
BYTE ReadRegister (BYTE r) //寄存器号r
{
BYTE d; //临时变量d
read_interrupt = TRUE;
low_level_command_write (0x04, (r | 0x80 |
0x40)); //读请求, bit7 = 1, bit6 = 1
while (read_interrupt) //等待 SX2 有数据
d = low_level_command_read (0x04);//读数据
return (d);
}
FIFO标志的获取：FLAGA-FLAGC的高低电平反映由FIFOADR[2:0]所选取的FIFO状态，FIFO标志所代表的信息可以通过对FLAGSAB/FLAGSCD寄存器进行编程配置，对FLAGX的获取可以通过硬件中断裁决，也可以通过对相应状态寄存器的查询裁决，本文对FLAGA、FLAGB通过硬件中断裁决，对FLAGC通过状态寄存器的软件查询裁决。
有关中断：CY7C68001有6个中断源，可以分别通过对中断使能寄存器的各位进行设置，一旦中断事件发生，CY7C68001的 
引脚就被置低，并且置中断使能寄存器的相应位（即中断使能寄存器同时充当中断标志寄存器，中断使能寄存器具有读写属性）。当中断发生时，中断标志寄存器的状态字映射到FD[7:0]，所以中断发生后，DSP对CY7C68001简单的一次读操作即可获取中断信息，识别中断源并进行相应处理。相对于中断标志寄存器的读操作，其它对CY7C68001寄存器的读操作通常要先发送一次读请求，并且收到READY响应后，才可以读取数据。
７ USB固件程序的组织
本设计主程序流程如图5所示：
图５ 固件主程序流程图
８结束语
在设计开发中，DSP固件程序的组织应综合考虑以中断方式工作的USB通信部分和以查询方式工作的DSP数据采集、控制部分。由于以中断方式工作的USB通信程序随时都可能打断以查询方式工作的DSP数据采集、控制程序，造成数据丢失，相位紊乱，我们采用CPLD进行AD、DA逻辑控制，并运用FIFO数据缓冲机制，减小了DSP压力，取得了良好的效果。
本设计中，TMS320VC5402与CY7C68001接口之间采用异步信息交换。该方案对于使用其它微处理器开发基于CY7C68001的USB2.0接口，或在微处理器与CY7C68001之间采用同步信息交换也有良好的借鉴作用。
参考文献
[1] EZ-USB SX2™ High-Speed USB Interface Device CYPRESS JULY 13,2004
[2] TMS320C6000 EMIF to USB Interfacing Using Cypress EZ-USB SX2 TEXAS INSTRUMENTS MARCH 2004
[3] CY3682 Design Notes CYPRESS AUGUST 1,2002
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