基于DSP的USB 接口設(shè)計方案

　　本文介紹了一種基于DSP的USB 接口設(shè)計方案，分別從接口的硬件設(shè)計、接口操作原理、軟件設(shè)計流程以及中斷服務(wù)程序設(shè)計要點(diǎn)等方面進(jìn)行闡述，并利用Cypress 公司提供的USB2.0 接口芯片CY7C68001 實(shí)現(xiàn)了USB2.0 從機(jī)接口設(shè)計，通過硬件平臺的搭建和軟件程序設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了PC 機(jī)與DSP 之間高速雙向地傳輸數(shù)據(jù)。

　　1 引言

　　近年來，隨著數(shù)字信號技術(shù)的發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，處理的速度也越來越快，因此具有高速性能DSP 芯片的應(yīng)用得到了廣泛重視。而通過DSP 處理的數(shù)據(jù)往往要傳輸給PC 機(jī)進(jìn)行存儲和再處理，那么就必須解決DSP 與 PC 機(jī)之間的高速通信問題。本設(shè)計方案以德州儀器(TI)的C5000 系列DSP 芯片TMS320VC5416為微處理器，利用Cypress公司提供的USB2.0接口芯片CY7C68001 實(shí)現(xiàn)了USB2.0 從機(jī)接口設(shè)計，從而使PC機(jī)與DSP 通過USB2.0 接口實(shí)現(xiàn)高速雙向地傳輸數(shù)據(jù)。

　　2 TMS320VC5416 與CY7C68001 EZUSBSX2硬件接口設(shè)計

　　系統(tǒng)方案采用PC機(jī)作為上位機(jī)，負(fù)責(zé)USB總線上檢測到設(shè)備接入并進(jìn)行枚舉、識別的過程，并且可以通過在PC機(jī)上運(yùn)行應(yīng)用程序來控制數(shù)據(jù)的傳輸。USB芯片作為USB設(shè)備端，連接DSP與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換。DSP用于實(shí)現(xiàn)USB協(xié)議，通過DSP編程實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)據(jù)通過USB接口與PC機(jī)通信，且USB芯片的描述符寫入及各種命令狀態(tài)的處理均通過DSP編程實(shí)現(xiàn)。

　　TMS320VC5416 是TI 的一款16bit 定點(diǎn)高性能DSP，由于VC5416的功耗低、性能高，其分開的指令和數(shù)據(jù)空間使該芯片具有高度的并行操作能力，在單周期內(nèi)允許指令和數(shù)據(jù)同時存取，再加上高度優(yōu)化的指令集，使得該芯片具有很高的運(yùn)算速度，同時該芯片本身具有豐富的片內(nèi)存儲器資源以及多種片上外設(shè)，因此在工程界得到了廣泛的應(yīng)用。

　　Cypress 公司的CY7C68001 EZ-USB SX2 是一款高性能、使用方便的USB2.0 接口芯片，滿足USB2.0 協(xié)議，可工作在高速(480Mbps)或全速(12Mbps)模式下，提供一個控制端點(diǎn)用于處理USB設(shè)備的請求以及四個可配置端點(diǎn)用于傳輸控制和數(shù)據(jù)信號，這四個端點(diǎn)共享一個4KB的FIFO空間，具備標(biāo)準(zhǔn)的8位或16位外部主機(jī)接口，可無縫連接多種標(biāo)準(zhǔn)微處理器，比方說DSP、ASIC和FPGA等，并可根據(jù)需求設(shè)置為同步或異步接口，片內(nèi)集成鎖相環(huán)(PLL)，該芯片廣泛應(yīng)用于DSL調(diào)制解調(diào)器、MP3、讀卡器、數(shù)碼照機(jī)、掃描儀、打印機(jī)等設(shè)備。

　　系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計如圖1、圖2所示，兩者通過數(shù)據(jù)、地址總線以及讀、寫信號線等進(jìn)行通信，CY7C68001的片選信號連接至TMS320VC5416 的I/O空間片選信號上，CY7C68001 的FIFO擴(kuò)展在VC5416 的I/O 空間上。

　　電源部分采用一片1117 將5V 轉(zhuǎn)為3.3V供給CY7C68001EZ-USB SX2，模擬地與數(shù)字地之間采用磁珠連接，復(fù)位部分采用RC電路設(shè)計，且芯片資料上介紹有典型值100KΩ和0.1μF。　　3 接口操作原理

　　CY7C68001 有兩個外部接口：

　　(1) 命令接口：用來訪問CY7C68001 寄存器、Endpoint 0緩沖器，以及描述表。

　　(2) FIFO數(shù)據(jù)接口：用來訪問4個1K字節(jié)的FIFO中的數(shù)據(jù)。

　　這兩個外部接口均可以通過同步或異步的方式進(jìn)行訪問。

　　本設(shè)計采用異步的方式進(jìn)行訪問。根據(jù)圖3 的地址分配，利用TMS320VC5416 的三根高位地址線(A11、A12、A13)連接CY7C68001 的FIFOAD0/1/2，用以選擇FIFO2、FIFO4、FIFO6、FIFO8以及命令接口，其地址表如圖3所示。CY7C68001的地址線FIFOADR[2：0]為100B 時，選中CY7C68001 的命令口（Command）。通過CY7C68001的命令口，可以訪問37個寄存器、Endpoint 0緩沖器（64個字節(jié)FIFO）和描述表（500個字節(jié)FIFO）等，對這些寄存器進(jìn)行讀寫方式采用二次尋址方式，即首先通過命令口將要尋址的寄存器的子地址和操作類型（讀或?qū)懀懭?，然后再通過命令口將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭胂鄳?yīng)的寄存器。

　　寫入命令口的內(nèi)容稱為命令字，命令字包含要尋址的寄存器的子地址，或要寫入寄存器的數(shù)據(jù)的高4位或低4位。讀命令口必須要跟在給命令口寫讀命令字之后，讀出的為相應(yīng)寄存器的8位數(shù)據(jù)。所以，寄存器的寫操作由3 個步驟組成：

　　4 USB 接口的軟件設(shè)計

　　USB接口的軟件設(shè)計由兩部分組成：一是在PC機(jī)Windows中運(yùn)行USB 2.0 Utility 工具，是一個Windows 圖形用戶界面軟件，提供CY7C68001 與Windows 操作系統(tǒng)的接口程序，使得CY7C68001的開發(fā)變得簡單。二是在在DSP中運(yùn)行嵌入式應(yīng)用程序代碼，提供硬件的驅(qū)動，用來管理CY7C68001進(jìn)行不同方式的數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)USB2.0 傳輸協(xié)議。