一、基于DSP的USB接口設計

　　1 引言

　　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。

　　2 TMS320VC5416 與CY7C68001 EZUSBSX2硬件接口設計

　　系統方案采用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CY7C68001 EZ-USB SX2 是一款高性能、使用方便的USB2.0 接口芯片,滿足USB2.0 協議,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(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。

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　　電源部分采用一片1117 將5V 轉為3.3V供給CY7C68001EZ-USB SX2,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、Endpoint 0緩沖器,以及描述表。

　　(2) FIFO數據接口:用來訪問4個1K字節的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、Endpoint 0緩沖器(64個字節FIFO)和描述表(500個字節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。

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　　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:

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　　4 USB 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USB 2.0 Utility 工具,是一個Windows 圖形用戶界面軟件,提供CY7C68001 與Windows 操作系統的接口程序,使得CY7C68001的開發變得簡單。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 傳輸協議。

　　4.1 USB 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( s x 2 _ s e t u p 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。

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　　USB芯片初始化(sx2_init函數)主要負責清除Buffer緩沖區以及使能VC5416 的外部中斷INT1,待初始化結束后發出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節點)收到無法自動處理的上位機請求,68001向VC5416發出SETUP中斷后執行的程序,此時VC5416 通過對SETUP寄存器連續執行八次讀操作流程即可得到8字節請求,系統可以響應該請求或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。

　　CY7C68001 EZ-USB SX2 包括六個中斷源:SETUP(收到來自于USB 上位機(PC)發送過來的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的狀態從空變為非空時產生的中斷)、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,同時中斷狀態位會置入命令接口,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讀取中斷狀態位后自動清除中斷標志位。

　　5 結束語

　　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點。