來源：21ic中國電子網(wǎng) 作者：航天時代電子公司771研究所加固機工程部 蔡本華 摘要：本文主要介紹支持usb2.0高速傳輸?shù)膃z－usb fx2單片機cy7c68013，并詳細說明用此芯片實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應(yīng)的windows驅(qū)動程序及底層固件程序的開發(fā)過程。 關(guān)鍵詞：cy7c68013 usb2.0 數(shù)據(jù)采集 固件 1、引言 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高，在瞬態(tài)信號測量、圖像處理等一些高速、高精度的測量中，需要進行高速數(shù)據(jù)采集�，F(xiàn)在通用的高速數(shù)據(jù)采集卡一般多是pci卡或isa卡，存在以下缺點：安裝麻煩、價格昂貴；受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，可擴展性差；在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，無法專門對其做電磁屏蔽，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。 通用串行總線usb是1995年康柏、微軟、ibm、dec等公司為解決傳統(tǒng)總線不足而推廣的一種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。基于usb的高速數(shù)據(jù)采集卡充分利用usb總線的上述優(yōu)點，有效解決了傳統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集卡的缺陷。 2、硬件設(shè)計 2.1支持usb2.0高速傳輸?shù)腸y7c68013 cypress semiconductor公司的ez－usb fx2是世界上第一款集成usb2.0的微處理器，它集成了usb2.0收發(fā)器、sie（串行接口引擎）、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口。fx2這種獨創(chuàng)性結(jié)構(gòu)可使數(shù)據(jù)傳輸率達到56mbytes/s，即usb2.0允許的最大帶寬。在fx2中，智能sie可以硬件處理許多usb1.1和usb2.0協(xié)議，從而減少了開發(fā)時間和確保了usb的兼容性。gpif（general programmable interface）和主/從端點fifo（8位或16位數(shù)據(jù)總線）為ata、utopia、epp、pcmcia和dsp等提供了簡單和無縫連接接口。 cy7c68013的gpif引擎具有自動傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，這種特性使得外圍設(shè)備和主機通過cy7c68013可以無縫的、高速的傳輸數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，cy7c68013cpu不會直接參與數(shù)據(jù)的傳輸，而是直接利用gpif的自動傳輸數(shù)據(jù)模式。圖1和圖2說明了主機in和out數(shù)據(jù)傳輸過程。 2.1.1 端點緩沖區(qū) fx2包含3個64字節(jié)端點緩沖區(qū)和4k可配置成不同方式的緩沖，其中3個64字節(jié)的緩沖區(qū)為ep0、ep1in和ep1out。ep0作為控制端點用，它是一個雙向端點，既可為in也可為out。當(dāng)需要控制傳輸數(shù)據(jù)時，fx2固件讀寫ep0緩沖區(qū)，但是8個setup字節(jié)數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)在這64字節(jié)ep0端點緩沖區(qū)中。ep1in和ep1out使用獨立的64字節(jié)緩沖區(qū)，fx2固件可配置這些端點為bulk、interrupt或isochronous傳輸方式，這兩個端點和ep0一樣只能被固件訪問。這一點與大端點緩沖區(qū)ep2、ep4、ep6和ep8不同，這四個端點緩沖區(qū)主要用來和片上或片外進行高帶寬數(shù)據(jù)傳輸而無需固件的參與。ep2、ep4、ep6和ep8是高帶寬、大緩沖區(qū)。它們可被配置成不同的方式來適應(yīng)帶寬的需求。2.1.2 接口信號 在利用gpif進行高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計時，gpif waveforms的編輯是非常重要的，它控制著整個數(shù)據(jù)傳輸過程的讀寫時序。此時cpu的作用已經(jīng)非常小了，它只起著下載代碼到內(nèi)部ram以及在固件中如何觸發(fā)gpif waveforms的作用。fx2專門為gpif提供了外圍接口信號，如8位或16位的數(shù)據(jù)線、控制信號、ready信號以及地址線。 ifclk（雙向時鐘信號）：ifclk是一個參考時鐘，可以配置成輸入或輸出。當(dāng)配置為輸出時，ifclk被fx2驅(qū)動為30mhz或48mhz；當(dāng)配置為輸入時，時鐘范圍為5－48mhz。 gpifadr[8:0]（輸出）：gpif使用gpifadr信號為外部設(shè)備提供地址線，在總線上地址值是自增的。 fd[15:0]（雙向）：這是usb主機通過fx2和外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線，它可配置成8位或16位。當(dāng)16位時，fd[7:0]代表端點fifo中的第一個字節(jié)，fd[15:8]代表第二個字節(jié)。 ctl[5:0]（輸出）：fx2為外部設(shè)備提供了幾個控制信號，如讀寫選通、使能等。 rdy[5:0]（輸入）：fx2提供了幾個狀態(tài)檢測信號，它可以檢測外部設(shè)備的狀態(tài)，如fifo的空、滿、半滿等。 gstate[2:0]（輸出）：這是調(diào)試信號，表示gpif波形執(zhí)行的狀態(tài)，通常連接到邏輯分析儀上。2.2 ad9238 ad9238是一個雙通道的12位a/d轉(zhuǎn)換器，采用單3v供電，速度可以是20msps、40msps和65msps；低功耗，工作在20msps時，功耗為180mw，40msps時，功耗為330mw，65msps時，功耗為600mw；具有500mhz 3db帶寬的差分輸入；片上參考源及sha；靈活的模擬輸入范圍：1vp-p～2vp-p；適用于：超聲波設(shè)備，射頻通訊，電池電源儀器，低價示波器等。本系統(tǒng)采用20msps的ad9238，可充分發(fā)揮usb在高速傳輸模式下的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢。2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整個框圖如圖3所示，該系統(tǒng)由以下幾部份組成：usb控制器、fifo、cpld、ad9238以及數(shù)據(jù)采集前端電路。圖3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 cpld主要是控制時序，時鐘分頻等。fifo