來源：國外電子元器件 作者：林 愿 吳淑泉 冼志妙 摘要：介紹了一種基于usb2.0控制器cy7c68130的usb-ata接口，將普通硬盤轉(zhuǎn)化為usb mass -storage的解決方案，文中給出了利用gpif實現(xiàn)該方案的相關(guān)設(shè)計方法。

     關(guān)鍵詞：usb2.0 ata接口 cy7c68130 gpif1 引言 usb（universal serial bus）接口以其速度快、功耗低、支持即插即用（plug & play）、使用安裝方便等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。目前usb2.0標(biāo)準的傳輸速度已達480mb/s，這使得usb可以推廣到硬盤、信息家電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和其它快速外設(shè)。在某些應(yīng)用場合，如基于硬盤的大容量數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)中，為了使用方便，需要將普通硬盤轉(zhuǎn)化成海量存儲器，這樣在使用時就不需關(guān)機重啟或打開機箱來安裝。本文介紹一種利用帶usb接口的單片機芯片cy7c68013來控制普通硬盤的讀寫，從而半普通硬盤轉(zhuǎn)化為usb2.0海量存儲器的可行方案，本系統(tǒng)可擴展，完全可用于實現(xiàn)基于硬盤的大容量數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。2 硬件設(shè)計2．1 usb接口芯片 本設(shè)計選用的是cypress公司的ez-usbfx2系列芯片中的cy7c68013，這是一種帶usb接口的單片機芯片，雖然采用低價的8051單片機，但仍然能獲得很高的速度。它包括一個8051處理器、一個串行接口引擎（sie）、一個usb收發(fā)器、一個8.5kb片上ram、一個4 kb fifo存儲器及一個通用可編程接口（gpif）。fx2可提供全面集成的解決方案。它有56ssop、100tqfp、128tqfp三種封裝，本設(shè)計選用占用電路板空間較少的56ssop封裝。如果要進行擴展，也可選用128tqfp封裝。 2．2 ata接口 ata接口是在st506的基礎(chǔ)上改進而成的，它將控制器集成到驅(qū)動器中，采用8個端口寄存器（即命令寄存器）來完成對硬盤的讀寫，ata有兩種工作模式：pio模式和dma模式。本設(shè)計采用的dma傳輸模式不需要處理器參與整個數(shù)據(jù)傳輸過程，而是由i/o口直接將數(shù)據(jù)傳送到存儲器中，從而節(jié)約大量的cpu時間以更好的處理其它事件。控制器對硬盤的操作分為兩種：8位數(shù)據(jù)的命令操作和16位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸操作。在對硬盤輸出控制命令之前，程序需對端口完整輸出7字節(jié)的命令塊。其中前六個端口為參數(shù)，最后一個端口為命令碼。讀寫操據(jù)端口一般以512字節(jié)作為數(shù)據(jù)塊進行。硬盤執(zhí)行命令后發(fā)出中斷請求以表示操作結(jié)束（結(jié)束傳輸），也可以置控制器狀態(tài)為空閑，以表示扇區(qū)請求傳輸（數(shù)據(jù)傳輸）。最后，由控制器讀取硬盤狀態(tài)寄存器，以檢測硬盤操作的成功與否。如操作正常，則進行下一次動作；否則進入錯誤處理程序。2．3 gpif與ata接口 fx2芯片的最主要特點是可通過usb2.0的通用可編程接口（gpif）為特定的應(yīng)用接口編程，以便使用多種協(xié)議完成與外圍器件的無縫連接，如eide/atapi，ieee1284，utopia等。其編程可以根據(jù)需要進行，且其中不需要cpu的干預(yù)，只是通過一些cpu標(biāo)志和中斷即可與增強型8051內(nèi)核進行通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 本設(shè)計采用“gpif主控”接口模式，并使用portb和portd雙向fifo數(shù)據(jù)線來構(gòu)成通向四個fx2端點fifo（ep2、ep4、ep6、ep8）的16位數(shù)據(jù)接口，以用來連接數(shù)據(jù)線dd[15:0]并進行數(shù)據(jù)的傳送；gpif作為內(nèi)部主控器與fifo相連，并通過產(chǎn)生用戶可編程的控制主控器與fifo相連，并通過產(chǎn)生用戶可編程的控制信號ctl[2：0]與外部接口進行通信。同時，gpif還可以通過rdy[1：0]引腳采用外部信號并等待外部事件。由于gpif的運算速度比fifo快得多，因此其時序信號具有很好的編程分辨率。 fx2用4個波形描述符來控制各個狀態(tài)。這些波形描述符可動態(tài)的配置給任何一個端點fifo。配置后，gpif將依據(jù)波形描述符產(chǎn)生相應(yīng)的控制邏輯ctl及握手信號rdy來和外界接口，以滿足向fifo讀寫數(shù)據(jù)的需要。gpif的數(shù)據(jù)總線可以是8位fd[7：0]，也可以是16位fd[15：0]，本設(shè)計采用16位數(shù)據(jù)總線。其硬盤讀數(shù)據(jù)控制波形如圖2所示。 每個波形描述符包含了s0~s6七個有效狀態(tài)和一個空閑狀態(tài)。在每個有鏟狀態(tài)對應(yīng)的時間段里，經(jīng)過預(yù)先設(shè)置，gpif可以做出以下幾件事件；驅(qū)動（使高或低）或浮接ctl輸出、采樣或驅(qū)動fifo的數(shù)據(jù)總線、增加gpif地址總線的值、增加指向當(dāng)前fifo指針的值和啟動gpifwf（gpif波形）中斷。除此之外，在每個狀態(tài)，gpif還可以對以下幾個信號中的任意兩個進行采樣，它們是：rdyx輸入端、fifo狀態(tài)標(biāo)志位、內(nèi)部rdy標(biāo)志位和傳輸計數(shù)終止標(biāo)志位。每個gpif動作都由七段組成，每個狀態(tài)都可以定義為non-decision interval (ndp)或decision point interval(dp)。當(dāng)某個狀態(tài)定義為ndp時，在執(zhí)行此狀態(tài)動作時，系統(tǒng)只是用簡單的延時來確定產(chǎn)生指定電平的延續(xù)時間；而當(dāng)執(zhí)行dp狀態(tài)時，它將根據(jù)rdy0、rdy1上的輸入信號狀態(tài)把其中的兩個信號相與、相或或者相異，然后根據(jù)結(jié)果跳轉(zhuǎn)到其它任意一個狀態(tài)或延遲1~256個ifclk時鐘周