基于TMS320F2812的USB2.0接口的设计与实现

维普资讯 http://www.cqvip.com 第１Ｏ卷２００８年７月　第７期　霎缔　痢　ＶｏＪｕ１．２００８　１．１Ｏ　Ｎｏ．７　基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１　２的ＵＳＢ２．０　接口的设计与实现　李万军．杨永才　（上海理工大学光学与电子信息工程学院，上海２０００９３）　摘　要：在介绍了ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片￣ＣＹ７Ｃ６８００１芯片的主要性能特点的基础上．给出了以　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２￣主机．采用ＵＳＢ控制芯片ＣＹ７Ｃ６８００１来实现ＤＳＰ系统与外界高速通信的实现方　案。同时给出了系统接口的硬件电路、软件流程以及ＵＳＢ的固件编程方法。　关键词：数字信号处理器；通用串行总线；固件编程；高速通信　Ｏ　引言　ＵＳＢ控制器通过ＵＳＢ接口接收外部器件传来的信　息，然后再把它们转发给信号处理系统。图１中　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２数字信号处理器是ＴＩ公司推出　的阴影部分表示的是ＤＳＰ与ＵＳＢ的接口连接．是　的３２位定点ＤＳＰ控制器芯片，是目前控制领域最　该文着重介绍的部分。　先进的处理器之一。其频率高达１５０ＭＨｚ，大大　提高了控制系统的控制精度和芯片处理能力。然　２芯片介绍　而，ＤＳＰ与外界高速通信的实现还处于正在研发　阶段，国内各ＤＳＰ开发版制造商对此也多处于保　在以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２　ＤＳＰ为核心的嵌入式系统　密状态。鉴于将ＵＳＢ２．０协议应用于以ＤＳＰ为核心　中，由于处理器的速度快（主频可达１５０　ＭＨｚ），　的各类控制系统，可以大大提高ＤＳＰ系统与外界　处理的数据量大，使用ＵＳＢ１．１及其它内嵌微处理　的通信能力，从而拓宽ＤＳＰ的应用范围。本文给　器的总线控制器已经不能满足数据吞吐率的要　出了ＤＳＰ系统与计算机的ＵＳＢ２．０接口方案，从而　求。因此，本接口设计选用的是Ｃｙｐｒｅｓｓ公司生产　完成了ＤＳＰ系统与外界的高速数据传输。　的不含微控制器的ＵＳＢ２．０总线接口控制芯片　ＣＹ７Ｃ６８００１。　１接口设计方案　ＣＹ７Ｃ６８００１可用来连接微处理器或ＤＳＰ的　ＤＭＡ从装置，该芯片内部不含微处理器，但它集　在信号处理系统上实现ＵＳＢ接口扩展的结构　成有ＵＳＢ２．０收发器（物理层）、ＵＳＢ２．０串行接口引　框图如图１所示。图中．控制系统将处理结果通　擎ＳＩＥ（链路层、实现底层通信协议）、４　ｋＢ的ＦＩ—　过ＤＳＰ芯片传输给ＵＳＢ控制器，接着由后者驱动　ＦＯ和电压调节器、锁相环等，ＣＹ７Ｃ６８００１可以支　ＵＳＢ接口以将数据传给外部器件；另一方面，　持高速（４８０　Ｍｂ／ｓ）或全速（１２　Ｍｂ／ｓ）传输，采用　３－３　Ｖ操作电压和２４　ＭＨｚ￣ｂ部振荡频率，可以选　择８位或１６位总线方式，具有同步与异步的ＦＩＦＯ　接口。　ＣＹ７Ｃ６８００１可以向用户提供足够的端口、缓　冲区和传输速度，并可提供ＵＳＢ２．０协议要求的全　图１信号处理系统的ＵＳＢ接口扩展框图　部４种传输方式（控制传输、中断传输、批量传　收稿日期：２００８—０１—２３　输和同步传输），可以满足用户对各种类型数据　ＷＷＷ．ｅｃｄ瓯ｃｎ　２００８．７电手元器件盔用　１　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１０卷第７期　电手元器件主明　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ＆Ｄｅｖｉｃｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖ０１．１０　Ｎｏ．７　２００８年７月　Ｊｕ１．２ＯＯ８　传输的需求。其片上的串行接口处理器（ＳＩＥ）能　（４）通过检查系统中的状态寄存器０（ｓｙｓｓｔａｔ０）　的位２（ＵＳＢＲＤＹ）来等待ＣＹ７Ｃ６８００１的Ｒｅａｄｙ线变　高：　（５）寻址ＣＹ７Ｃ６８００１命令口（最低３位地址必　完成大部分ＵＳＢ协议操作．使用户可以摆脱复杂　的协议细节，简化用户配置代码，加快程序开发　过程。但是，由于采用的是不带ＭＣＵ内核的ＵＳＢ　磊　接口芯片．ＵＳＢ的应用层协议应该由　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２编程实现．ＵＳＢ固件的加载必须靠　ＤＳＰ控制ＣＹ７Ｃ６８００１来完成。　３　ＴＭＳ３２０Ｆ２８　１２与ＣＹ７Ｃ６８００１的互连　该设计将ＣＹ７Ｃ６８００１配置在ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的　Ｚｏｎｅ０空间，并采用ＣＹ７Ｃ６８００１的异步读写方式　来完成二者之间的数据和命令交换。其接口原理　电路如图２所示。　ｌ　ＩＮＴ　ｌ　ＲＥＡＤＹ　Ｉ　ＦＬＡＧＡ　Ｉ　ＦＬＡＧＢ　ＣＰＬＤ　ｌ　ＦＬＡＧＣ　Ｉ　ＦＬＡＧＤ，ＣＳ　ｌ　ＳＬｏＥ　ｌ　ＳＬＲＤ　Ｉ　ＡＬＷＲ　ｌ　Ｄ［１５：０］　ｌ【　ＦＩ．．．．．．．．．ＦＯＡＤＲ［．．．．．．．．．．．．．．．．．２：．一０］　　ＣＹ７Ｃ６８００１　图２　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２与ＣＹ７Ｃ６８００１的接口电路　ＣＹ７Ｃ６８００１除了带有存储器接口外．还有一　个中断信号诱丽和４个状态信号（ＲＥＡＤＹ、　ＦＬＡＧＡ、ＦＬＡＧＢ和ＦＬＡＧＣ）。中断信号ＵＳＢＩＮＴ占　用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的外部中断ＸＩＮＴ１，状态信号　ＲＥＡＤＹ、ＦＬＡＧＡ、ＦＬＡＧＢ和ＦＬＡＧＣ则可配置在　本系统的状态寄存器０（ｓｙｓｓｔａｔ０）中，并可由　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２查询。本接口设计由于采用了　ＣＰＬＤ．因而增强了系统的灵活性和可扩充性。　３．１对ＣＹ７Ｃ６８００１寄存器的写操作　通过ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２对ＣＹ７Ｃ６８００１的寄存器进　行写操作的上体过程如下：　ｆ１１将ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２对Ｉ／Ｏ空间访问的等待周　期设为７：　（２）通过检查系统状态寄存器０（ｓｙｓｓｔａｔ０）位２　ｆＵＳＢＲＤＹ）等待ＣＹ７Ｃ６８００１的Ｒｅａｄｙ线变高；　（３）寻址ＣＹ７Ｃ６８００１命令口（最低３位地址必　须为１００Ｂ），将ｌＯｘｘ，ｘｘｘｘＢ写命令字写入命令寄　存器　，ｘｘｘｘＢ代表需寻址的寄存器的子地址）；　２　电予元器件主用２００８．７　ＷＷＷ．ｅｃｄｃａｃｎ　须为１００Ｂ），将０ｘｘｘ，Ｄ７Ｄ６Ｄ５Ｄ４Ｂ数据的高４位命　令字写入命令寄存器（Ｄ７Ｄ６Ｄ５Ｄ４Ｂ代表要写入的　数据的高４位）：　（６）通过检查系统中的状态寄存器０（ｓｙｓｓｔａｔ０）　的位２（ＵＳＢＲＤＹ）来等待ＣＹ７Ｃ６８００１的Ｒｅａｄｙ线变　高；　（７）寻址ＣＹ７Ｃ６８００１命令（最低３位地址必须　为１００Ｂ），将Ｏｘｘｘ，Ｄ３Ｄ２Ｄ１ＤＯＢ数据低４位命令字　写入命令寄存器（Ｄ３Ｄ２Ｄ１ＤＯＢ代表要写入的数据　的低４位）。　３．２对ＣＹ７Ｃ６８００１寄存器的读操作　用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２对ＣＹ７Ｃ６８００１的寄存器进行　读操作的具体过程如下：　ｆ１１把ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２对Ｉ／Ｏ空间访问的等待周　期设为７：　（２）通过检查系统状态寄存器０（ｓｙｓｓｔａｔ０）位２　（ＵＳＢＲＤＹ）等待ＣＹ７Ｃ６８００１的Ｒｅａｄｙ线变高；　（３）寻址ＣＹ７Ｃ６８００１命令口（最低３位地址必　须为１００Ｂ），将１　１ｘｘ，ｘｘｘｘＢ读命令字写入命令寄　存器（ｘｘ，ｘｘｘｘＢ代表需寻址的寄存器的子地址）；　（４）等待ＣＹ７Ｃ６８００１申请ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的外　部中断ＸＩＮＴ１：　（５）寻址ＣＹ７Ｃ６８００１命令口（最低３位地址必　须为１００Ｂ）．并读ＣＹ７Ｃ６８００１命令口。　４软件设计　ＵＳＢ设备开发过程中的软件设计包括设备端　的固件设计和计算机端的ＵＳＢ客户驱动程序设　计。由于本课题研究的重点是ＤＳＰ的ＵＳＢ２．０接口　设计．而主机驱动软件大部分是公开的，可以直　接使用Ｃｙｐｅｓｓ公司提供的测试软件，因此这里不　再多加讨论。　４．１　固件（ＦｉｒｍＷａｒｅ）设计　由于ＵＳＢ２．０接口器件ＣＹ７Ｃ６８００１内部集成的　串行接口引擎（ＳＩＥ）能完成所有ＵＳＢ协议层功　能。所以，固件任务其实就是控制ＣＹ７Ｃ６８００１来　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１０卷第７期　２０ｏ８年７月　瓣霆缔瘗　Ｖ０１．１０　Ｎｏ．７　Ｊｕ１．２０ｏ８　默认地址来访问默认的控制管道，所以，主机可　通过读取设备描述符来决定ＵＳＢ设备的默认管道　初始化全局状态变量　二二］＝开中断　　所能使用的最大有效数据载荷；　用户自定义变量初始化　（７）主机读取配置信息，在这一过程中，设　备可能需要向主机提交多条配置信息；　（８）基于配置信息和ＵＳＢ设备的使用方式，　用主机给ＵＳＢ设备分配一个配置值，然后使设备　转入配置状态。此时，设备可以从ＶＢＵＳ线上获　收ＮＳＥＴＵＰ包？　调用用户功能函数　收到ＳＥＴＵＰ包？　＼，　．　Ｉ　Ｎ　Ｎ　＼　线空闲标志有效　＼，　＿　●Ｙ　＼　是否挂起？　＿Ｙ　—　丽　＼　，　Ｉ　Ｎ　监测恢复事件　图３　固件流程图　执行ＵＳＢ协议的内容并完成数据传输功能。其固　件流程如图３所示。　４．２总线枚举　当一个ＵＳＢ设备接人或拔出时．主机通过枚　举过程可对设备必要的状态改变进行鉴别和管　理。枚举过程步骤如下：　（１）通过ＵＳＢ所连接的集线器检测所连接的　外设并通过其状态改变管道来通知主机。此时端　口处于禁止状态：　（２）通过询问集线器获得主机决定改变的正　确状态：　（３）在主机获知有新的设备连人端口后，主　机最少需要等待ｌＯＯｍｓ来确保插入过程的完成．　以及设备供电的稳定，然后，主机将发出一个端　ＶＩ使能信号和相应的端ＶＩ重启命令：　（４）集线器执行相应端口所需的重启过程。　检测到重启时，端口必须处于使能状态．ＵＳＢ设　备要处于默认状态，并能从ＶＢＵＳ线上得到最大　１００ｍＡ的电流供给。此时设备所有的寄存器和状　态都将被重置，并以默认的地址做回应：　（５）主机为ＵＳＢ设备分配一个唯一的地址，　以使设备转入地址状态。　（６）在设备收到地址之前，由于其仍可通过　得其描述符中确定的电流大小。　该系统软件中的主机程序和设备固件执行到　这一步就完成了枚举过程。从设备的角度看．设　备完成了配置过程，等候具体的应用。当设备被　拔除时，集线器会重新发给主机一条通知信息。　设备的拔除会使相应的端口处于被禁止状态。根　据接收到的设备撤除信息，主机将会更新内建的　设备拓扑信息。　５　实验说明　使用Ｂｕｓ　Ｈｏｕｎｄ软件作为调试工具可监控计　算机ＵＳＢ总线Ｈｕｂ的数据传输速度。实际测试时．　可使用８　Ｋ字节作为标准测试数据。Ｂｕｓ　Ｈｏｕｎｄ检　测到的时间约为６４０　Ｉｚｓ．有效数据的传输速度可　达到ｌ２．５　Ｍｂｐｓ。　６结束语　利用此设计方案，笔者成功地实现了基于　ＴＭＳ３２０Ｆ２８　１２的等离子切割电源控制系统和ＰＣ机　等具有主ＵＳＢ功能的设备之间的数据通信。并将　控制系统处理后的数据实时地传输到设备的ＵＳＢ　端口上，然后利用Ｕ盘将所需参数传递给等离子　切割电源控制系统，从而取得了令人满意的效　果。　参考文献　【１］　万山明．ＴＭＳ３２０Ｆ２８Ｉｘ　ＤＳＰ原理及应用实例【Ｍ］．北京：　北京航空航天大学出版社．２００７．　【２］　Ｃｙｐｒｅｓｓ．ＣＹ７Ｃ６８００１　Ｄａｔａｓｈｅｅｔ　Ｒｅｖ，Ｊｕｎ　２００５：５—２１．　【３］Ｔｅｘａｓ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．ＴＭ￥３２０Ｃ２８ｘ　ＤＳＰ　Ｅｘｔｅｎｒａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　（ＸＩＮＴＦ）Ｒｅｆｅｒｅｎｅｅ　Ｇｕｉｄｅ．Ｒｅｖ．Ｊｕｌｙ　２００３：４—２４．　［４］　萧世文，宋延清．ＵＳＢ２．０硬件设计【Ｍ］．北京：清华大学出　版社．２００６．　／／ｒＵＹＵ）．ｅｃｄａ．ｃＦｔ　２００８．７电子元器件主用　３