基于DSP实现USB芯片的固件程序流程和设计

USB接口（Universal Serial Bus）是一种通用的高速串行接口。它最主要的特点是高速传输特性，可以很好地解决海量数据在嵌入式系统与PC机之间的互传问题；同时USB接口还具有热插拔、速度快（具有3种数据传输模式，即低速、全速、高速；最快可达480 Mbps）和扩展性好（最多可以连接127个USB设备）等特点，从而使得USB接口得到了广泛的应用。

1、USB芯片CY7C68013介绍

CY7C68013属于Cypress公司的FX2系列产品，是Cypress公司生产的第一款USB2．0芯片。

CYTC68013是一个带增强型MCS51内核和USB接口的单片机，完全遵从USB2．O协议，可提供高达480 Mbps的传输率；内部集成PLL（锁相环），最高可使5l内核工作在48MHz；对外提供两个串口，可以方便地与外部通信；片内拥有8 KB的RAM，可完全满足系统每次传输数据的需要，无需再外接RAM。由于芯片内部没有ROM，一旦USB设备断开与PC的连接，程序代码将无法保存，需要每次在PC机接入USB设备后，重新下载。另外，CY7C68013支持一种“E2PROM引导方式”，即先将固件下载到片外E2PROM中，当每次USB设备通电后，FX2自动将片外E2PROM中的程序读入芯片中。

CY7C68013与外设有主／从两种接口方式：可编程接口GPIF和Slave FIFO。可编程接口GPIF是主机方式，可以通过软件编写读／写控制时序，灵活方便，几乎可以与所有8／16位接口的控制器、存储器和总线实现无缝连接。Slave FTFO是从机方式，外部控制器可以像对待普通FIFO一样对芯片内的多个缓冲区进行读／写；S1ave FIFO方式也可以灵活配置，以适应不同的需要。

2、硬件设计思想

USB数据传输流程如图l所示。

工作流程可分为两个部分：芯片初始化部分和数据传输部分。

2.1 芯片初始化部分

本部分是适用于任何USB传输过程中的芯片初始化部分。当USB接口接入PC后，首先进行PC的设备搜索，从USB端获得设备的VID／PID，以及USB芯片的工作方式；然后PC机通过得到的VID／PID获取设备的驱动，保证设备的工作。与此同时，USB芯片上电开始，MCU开始从E2PROM中获取MCU的工作状态、采用的工作模式、数据传输方式、所用到传输方式端点的大小以及传输方向，并对接口器件进行相应芯片寄存器的初始化。实现内容因具体芯片而异，因此确定接口器件后再说明寄存器初始化的方法。

2．2 数据传输部分

不同器件相接实现方式不同，在此以CY7C68013与DSP6416 HPI接口数据传输实现为例，介绍数据传输流程。

首先，简单地介绍一下DSP611 6 HPI接口。HPI是一个并行端口，通过HPI可以直接访问DSP的存储空间，也可以通过DMA／EDMA控制器实现对DSP存储空间的访问。HPI口可以提供16／32位的数据接口，通过主机或者CPU访问HPI控制寄存器（HPIC）来确定HPI接口的数据带宽。

确定了DSPHPI作为USB的接口器件，DSPHPI接口的初始化如下：对于DSP，为了满足数据的正常传输，需要对HPIC寄存器进行设置，即设置字长，初始化时假设DSP向主机发送中断和Ready信号。因为没有用到HPT的地址线，因此不需要设置HPIA寄存器。此时DSP已经做好了接收或发送数据的准备。

为了满足与HPI接口读／写时序的无缝连接，此处采用了GPIF传输模式。流程如下：

当数据PC端发送时，USB收发机将收到的信号发送给CY7C68013，USB芯片接收到数据后先存放在端点寄存器里，等到数据放满数据缓存区时，USB芯片启动GPIF，将数据送入DSP。当DSP接收到数据后会对HPIC控制器进行设置，发送给USB中断信号，提示收到数据包，即完成1次PC→DSP传输。

当数据从DSP端发送时，HPIC寄存器发送中断至USB芯片，USB芯片做好接收数据的准备；然后HPI将数据送入USB芯片，等数据缓存区放满l024字节后，将数据通过USB发送至PC机接收端。

3、硬件电路的设计与实现

如前所述，接口电路方面USB为了满足HPI接口的读／写时序采用GPIF方式。

3.1 CY7C68013与HPI接口电路

CY7C68013与HPT接口电路原理图如图2所示。

这里需要说明的有如下几点：

①HHWIL主要用来区分第1个／第2个Halfword的传输，且仅在半宁传输时出现。由于主机没有数据线和地址线复用的情况，因此在这里将HAS置高电平。

HDSl、HDS2作为数据选通信号，主要用于主机寻址HPI周期内控制数据传输，在本次工作中没有用到，而为了调试方便，保留了HDSl和HDS2，通过高低电平控制它们的变化。由于HDSl、HDS2和HCS在片内是组合为一个低有效的HSTROBE信号，其组成关系如下：

HSTROBE=NOT（HDSl XOR HDS2）OR HCS所以HDSl置低电平，HDS2置高电平，利用HCS的信号变化控制HPI读／写初始化。

②HCNTL［1：O］主要用来控制当前访问的是HPI的哪个寄存器。在HP1初始化时完成HPIC寄存器的控制信息。HPID寄存器主要实现数据传输时数据的读取／写入。此处没有用到HPI的地址操作，因此HPIA作为地址寄存器不需要送入控制信息。

③HD［15：O］对应于PB［7：o］、PD［7：0］接口，由于为半字传输方式，因此在这里需要将HD5置低电平，以满足芯片复位时HD5为低电平。

3.2 固件调试部分

固件程序流程图如图3所示。

（1）初始化部分

该部分用来确定整个过程采用的方式，确定端点的传输方式、方向和缓存区的大小，设置HPI接口的HPIC寄存器以及设备的枚举。本设计采用的是GPIF传输方式，端点选择的是批量传输。采用的端点是EP2和EP6。EP2传输方向为OUT，缓存区大小为1024字节；EP6传输方向为IN，缓存区大小为l024字节；通过对HPIC的操作确定HPI的工作方式以及HPID的数据传输方式。编写GPIF数据中断函数和USB设备描述符。

（2）GPIF波形部分

GPIF波形采用Cypress公司提供的GPIF Designer来实现。GPIF Designer通过简单形象的界面解决了复杂程序表示的GPIF时序设计问题。与DSP HPI接口相符合的读、写时序如图4和图5所示。

（3）中断产生时GPIF数据传输

在程序中实现每当缓存区数据达到l024字节或为最后一包数据时，自动进行数据传输。下面的程序是EP2将数据发送到DSP端的程序：

EP6将从DSP收到的数据传给主控端的程序如下：

4、总 结

本文以CY7C68013和DSP HPI接口为例描述了USB芯片的固件程序流程和设计思想。通过采用GPIF模拟了HPI接口的读／写时序，实现了DSP与USB的无缝连接。