摘要：介紹了一種實(shí)用的基于USB 2.0協(xié)議的同步視頻輸出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用CYPRESS公司的FX2 USB控制器，采用GPIF模式，硬件設(shè)計(jì)簡化，能依據(jù)PAL制電視標(biāo)準(zhǔn)與主機(jī)同步輸出視頻圖像。
關(guān)鍵詞：USB2.0協(xié)議 視頻圖像 PAL制 GPIF

在信息技術(shù)日新月異的今天，人們對視頻圖像傳輸?shù)男枨笤絹碓狡惹校笤絹碓礁�，而整個圖像傳輸系統(tǒng)的瓶頸在于視頻圖像的信息量很大，而且傳輸?shù)倪^程中容易出現(xiàn)延時、抖動、失真等現(xiàn)象，因此在選擇視頻圖像傳輸?shù)目偩�要求速度高，錯誤率低的特點(diǎn)。目前視頻圖像實(shí)時傳輸采用的總線主要有PCI、1394以及USB。三者比較而言，USB 2.0高速傳輸協(xié)議，兼有快速、通用、可靠、省電、熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)基于PCI總線、1394總線的視頻輸出系統(tǒng)，具有更強(qiáng)大的通用性和靈活性。特別是在需要利用筆記本電腦等便攜設(shè)備進(jìn)行視頻輸出的場合

本文介紹的同步視頻輸出系統(tǒng)，由作為外設(shè)的視頻輸出接口卡和主機(jī)上的應(yīng)用軟件兩個部分組成，采用通用串行總線（USB）實(shí)現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)的傳輸，并依據(jù)PAL制電視標(biāo)準(zhǔn)與主機(jī)同步視頻顯示，畫面流暢清晰。

1.視頻輸出接口卡硬件結(jié)構(gòu)和工作原理
1.1 視頻輸出接口卡的硬件結(jié)構(gòu)
視頻輸出接口卡的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由內(nèi)置MCU的USB接口芯片、圖像存儲SRAM、以及D/A圖像輸出三個部分。各部分的主要功能為：USB接口芯片和主機(jī)通信，將主機(jī)的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定時序通過USB電纜寫入SRAM保存；SRAM芯片負(fù)責(zé)數(shù)字視頻信號的存儲；D/A圖像輸出部分將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號，按照PAL制式進(jìn)行輸出顯示。

1.2 視頻圖像傳輸和存儲顯示
本系統(tǒng)視頻圖像數(shù)據(jù)是通過USB電纜傳輸，USB電纜包含4根電線：Vbus，D＋，D－和GND。數(shù)據(jù)以480M高速信號在D＋和D－信號線上差分傳輸，而收發(fā)器在USB接口控制芯片上，不需要外部電路。

USB接口部分是本系統(tǒng)最為重要的通信部分。USB接口控制芯片采用的是CYPRESS公司的EZ USB FX2系列CY7C68013芯片。它內(nèi)部集成帶8KB片內(nèi)RAM的增強(qiáng)型51系列MCU、16位并行地址總線、8/16數(shù)據(jù)總線、IIC總線、4KB FIFO 存儲器以及通用可編程接口GPIF，串行接口引擎SIE和USB收發(fā)器，是USB 2.0的完整的解決方案。

串行接口引擎智能SIE通過包排序、信號產(chǎn)生/檢測、CRC產(chǎn)生/校驗(yàn)、NRZI數(shù)據(jù)編碼、位填充和包標(biāo)識產(chǎn)生/解碼來處理USB通信協(xié)議，并保證傳輸?shù)経SB電纜上的數(shù)據(jù)字節(jié)以LSB開頭。它使MCU從繁瑣的USB協(xié)議中脫身，集中注意力放在控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

FX2內(nèi)部集成的高速M(fèi)CU為增強(qiáng)型8051，功能較傳統(tǒng)的8051系列單片機(jī)強(qiáng)大，但在代碼的編寫上兼容，使用方便，且速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的3～5倍，工作頻率可以軟件設(shè)置，最高可為48Mhz，還帶有兩個串口，三個計(jì)數(shù)/定時器，八級中斷，雙數(shù)據(jù)指針方便數(shù)據(jù)塊搬移。

外設(shè)接口有兩種接口方式：可編程接口GPIF和Slave FIFO�？删幊踢壿嫿涌贕PIF是主控方式，可以由軟件設(shè)計(jì)讀寫控制波形，不通過MCU，就可以實(shí)現(xiàn)主動對任何8/16位接口的控制器、存儲器和總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。而且讀寫的最高速度可以達(dá)到96MB/s，高于USB2.0的傳輸速度。Slave FIFO是從控方式，外部控制器（如DSP 和單片機(jī)等）可以像對普通的FIFO一樣對FX2的多重緩沖讀寫，工作方式也可選擇同步或異步，工作時鐘可以選擇輸入和輸出。

另外，它是基于RAM的“軟”系統(tǒng)解決方案，不需要ROM或者其他的固化存儲器，可以使用片內(nèi)的程序/數(shù)據(jù)RAM。固件可以直接通過USB電纜下載，方便固件的修改和升級。

靜態(tài)存儲器SRAM采用IDT公司雙口異步靜態(tài)RAM芯片IDT70v09，8位數(shù)據(jù)線，17根地址線，64M容量。

視頻信號輸出轉(zhuǎn)換的芯片是DAC0800, 將數(shù)字圖像信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，依據(jù)PAL制輸出。PAL制視頻輸出標(biāo)準(zhǔn)為25幀/秒，一幀分奇偶兩場，20ms一場，其中場正程為17ms,逆程為3ms。系統(tǒng)中正是利用場同步信號作為同步標(biāo)準(zhǔn)，使USB設(shè)備的圖像傳輸和顯示一致。

1.3 工作原理
當(dāng)USB設(shè)備第一次插入到USB接口時，F(xiàn)X2通過USB電纜自動枚舉，并下載固件程序和USB描述符表；接下來，F(xiàn)X2二次枚舉，根據(jù)下載的信息定義重新定義USB設(shè)備。這兩個步驟稱為再枚舉，設(shè)備插入時就立即執(zhí)行而沒有提示。二次枚舉以后主機(jī)可以通過控制管道和USB設(shè)備通訊，完成USB設(shè)備的端點(diǎn)配置等初始化工作，完畢，開始查詢USB設(shè)備是否準(zhǔn)備好。USB設(shè)備端MCU檢測外部中斷INT0（場信號跳變沿），若外部中斷INT0發(fā)生，則轉(zhuǎn)入外部中斷服務(wù)子程序，