基于端口模式的CY7C68013固件程序設(shè)計

1引言
通用串行總線（ USB）自從 1994年由微軟等公司共同提出到現(xiàn)在人們所熟知的USB2.0，USB技術(shù)不斷發(fā)展成熟。由于具有傳輸速度快、支持熱插拔、即插即用、擴(kuò)展性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，USB已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種 PC標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和用戶自定義開發(fā)設(shè)備中。正是由于 USB擁有其他接口（如并口、串口）無法比擬的優(yōu)勢，將 USB接口應(yīng)用到彈載測量系統(tǒng)地面測試臺的設(shè)計中，其通用性可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠提高讀數(shù)速度、簡化電路設(shè)計及驅(qū)動程序開發(fā)。
完整的 USB系統(tǒng)除了硬件電路外，還包括驅(qū)動程序、單片機(jī)固件程序。固件是 USB系統(tǒng)的核心，它要響應(yīng)各種來自系統(tǒng)的 USB設(shè)備請求，完成各種數(shù)據(jù)的交換工作和事件處理，直接影響到 USB接口的數(shù)據(jù)傳輸速度[1]。因此，固件程序的編寫是開發(fā) USB設(shè)備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
本測試臺上采用的是Cypress公司的EZ-USB FX2系列單片機(jī) CY7C68013。實(shí)現(xiàn) USB接口的數(shù)據(jù)通信，CY7C68013可以配置為3種模式：端口模式、 GPIF和Slave FIFO[2]。后兩種模式由于使用FX2的管道連接方法，單片機(jī)的 CPU不參與數(shù)據(jù)傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，從而廣泛應(yīng)用于圖像、視頻信號采集等大批量數(shù)據(jù)的傳輸中。但使用這兩種模式進(jìn)行 USB設(shè)備的開發(fā)相對較復(fù)雜，開發(fā)周期長。至于端口模式，文獻(xiàn)中很少有介紹，由于這種模式下 CPU參與了數(shù)據(jù)傳輸，因此傳輸速率相對較慢 [3]，不過端口模式開發(fā)簡單，可以降低工程人員的開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期。本測試臺中傳輸數(shù)據(jù)量較少，傳輸速率也要求不高，因此本設(shè)計采用端口模式。 測試臺系統(tǒng)總體框圖彈載測量系統(tǒng)地面測試臺由模擬信號源、數(shù)字信號源、圖像信號源、 PCM碼解調(diào)模塊、實(shí)時監(jiān)測等幾部分組成，系統(tǒng)總體框圖如圖 1所示。
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上位機(jī)通過 USB接口分別下載模擬量、數(shù)字量及圖像數(shù)據(jù)到各自的信號源存儲器中，而解調(diào)出的PCM碼數(shù)據(jù)和實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)也是經(jīng)由 USB接口讀回到上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了USB接口的雙向數(shù)據(jù)傳輸。 3硬件連接
CY7C68013與外圍電路連接如圖 2所示。
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測試臺下載信號源數(shù)據(jù)時，USB單片機(jī)將數(shù)據(jù)先寫入 FIFO1中，F(xiàn)PGA（XC2S50）通過判斷 FIFO1的空信號將數(shù)據(jù)讀出；而回讀時 FPGA將數(shù)據(jù)寫入 FIFO2，當(dāng) FIFO2半滿時， USB單片機(jī)產(chǎn)生 FIFO2的讀信號將數(shù)據(jù)讀出送至上位機(jī)。USB單片機(jī)通過 PE口產(chǎn)生不同的狀態(tài)信號(Status[7:0])使系統(tǒng)進(jìn)行上述不同操作。 4固件程序設(shè)計
所有基于微控制器及其外圍電路的功能設(shè)備的正常工作都離不開固件的參與，固件程序是基于微控制器設(shè)備運(yùn)行的核心。固件設(shè)計的目標(biāo)就是控制硬件來完成預(yù)期的設(shè)備功能。USB設(shè)備也不例外，用戶必須編寫固件程序來輔助硬件完成USB通信任務(wù)。CY7C68013芯片的固件程序負(fù)責(zé)處理上位機(jī)發(fā)來的各種 USB設(shè)備請求，并負(fù)責(zé)控制 CY7C68013與外圍電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其工作主要包括以下幾點(diǎn)[4]：
（1）初始化工作，包括設(shè)置一些特殊功能寄存器的初值以實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)備屬性或者功能； （2） 對設(shè)備進(jìn)行重新列舉（ReNumeration），主要的工作有：模擬設(shè)備的斷開與重新連接、對接收到的設(shè)置包進(jìn)行分析判斷、對主機(jī)的設(shè)備請求作出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，完成主機(jī)對設(shè)備的配置任務(wù)；
（3）響應(yīng)中斷，并對中斷作相應(yīng)的處理。USB接口在設(shè)備列舉、響應(yīng)主機(jī)標(biāo)準(zhǔn)請求和廠商請求、數(shù)據(jù)傳送等動作過程中都會向微控制器申請中斷，因此微控制器必須正確處理這些中斷才能保證 USB傳輸?shù)恼＿M(jìn)行；
（4）數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。USB設(shè)備的主要任務(wù)就是進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，因此CY7C68013的固件程序必須要對接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的端點(diǎn)進(jìn)行正確的配置及控制，才能正確地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；
（5）外圍電路的控制。USB接口要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，CY7C68013就必須對外部 FIFO進(jìn)行讀寫控制，因此固件程序中包含對外圍電路進(jìn)行控制的代碼也是必要的。

在使用 EZ-USB FX2芯片進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)中，利用其固件框架可以簡化開發(fā)工作。用戶在這個固件框架的基礎(chǔ)上只需要再提供一個 USB描述符表，配置一些相關(guān)的寄存器，添加所使用的端點(diǎn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信代碼，以及控制外圍電路的程序代碼就可以完成 USB設(shè)備的固件開發(fā)工作。本設(shè)計中采用的固件框架流程圖如圖 3所示 [5]。

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Cypress公司為簡化用戶開發(fā)提供了 EZ-USB固件程序框架。本設(shè)計中固件包括五個部分：fw.c（框架源文件）、periph.c（用戶任務(wù)調(diào)度函數(shù)文件）、dscr.a51（描述符表）、 USBJmpTb.OBJ（中斷跳轉(zhuǎn)表）、Ezusb.lib（EZ-USB庫文件），其中主要對 periph.c和dscr.a51
進(jìn)行了修改。dscr.a51中包含各種描述符，根據(jù)設(shè)計需要修改了設(shè)備的VID、PID。
periph.c中主要包括 TD_PreInit()、TD_Init()和TD_Poll()函數(shù)，TD_PreInit()中包含配置外圍接口的輸入/輸出及設(shè)置端口初始值的代碼。TD_Init()函數(shù)負(fù)責(zé)初始化端點(diǎn)狀態(tài)變量，而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的軟件代碼包含在TD_Poll()函數(shù)中。部分代碼如下：
void TD_PreInit(void)
{  PORTACFG = 0x00； OEA = 0xfd；         //使能 PA1為輸入，其余 PA口為輸出  IOA = 0xff；//置 PA口為 ffH IOA |= 0x0C；  //由PA2口產(chǎn)生FIFO1的復(fù)位信號 PORTECFG = 0x00； OEE = 0xff；} //使能 PE口為狀態(tài)輸出
void TD_Poll(void)
{WORD i； if (PStatus == VCOMMAND_READ)  //上位機(jī)發(fā)出讀數(shù)命令 {for ( i=0；i<80；i++)
if (!(IOA & 0x02)) break； //等待外部 FIFO2半滿 if (i<80) { if (!(EP2468STAT & bmEP6FULL))  //FIFO2半滿、EP6不滿，讀 512字節(jié)
{for( i = 0x0000；i < EP6BUFSIZE；i+=16 ){ EXTAUTODAT2 = EXTAUTODAT1； ┆
EXTAUTODAT2 =EXTAUTODAT1；}//一次讀出 16字節(jié)，加快讀數(shù)速度設(shè)備請求部分修改了 DR_VendorCmnd()函數(shù)代碼，由于篇幅有限，僅列出一部分。 BOOL DR_VendorCmnd(void) { switch(SETUPDAT[1])
{ case VCOMMAND_START_T:     //上位機(jī)發(fā)出啟動監(jiān)測命令 PStatus = 0x22；//單片機(jī)產(chǎn)生 22H的狀態(tài)信號
 = SETUPDAT[1]；
 + 1) = 0xaa；
 + 2) = PStatus； EP0BCH = 0； EP0BCL = 3； EP0CS |= bmHSNAK；  //確認(rèn)器件請求握手信號 SYS_MODE = PStatus；     //通過 PE口發(fā)出相應(yīng)的狀態(tài)信號 Break；}

5結(jié)論
在彈載測量系統(tǒng)地面測試臺的研制中，利用 CY7C68013實(shí)現(xiàn)了 USB接口的數(shù)據(jù)傳輸，本設(shè)計采用的端口模式，雖然與 GPIF模式和 Slave fifo模式相比，傳輸速率比較低，但對于具備一定單片機(jī)基礎(chǔ)的開發(fā)人員而言，這種模式開發(fā)周期短，穩(wěn)定性強(qiáng)，不失為一種有效的數(shù)據(jù)傳輸方式。該固件程序已成功應(yīng)用到某彈載測量系統(tǒng)地面測試臺中，多次試驗(yàn)證明固件運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)回讀誤碼率低，滿足系統(tǒng)技術(shù)要求。