基于USB2．0的高速圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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USB接口器件采用Cypress公司的CY7C68033，其內(nèi)部集成有USB2．0收發(fā)器、串行接口引擎(SIE)、增強(qiáng)型的8051內(nèi)核和可編程控制的外圍接口(GPIF)，可提供高速數(shù)據(jù)傳輸有效、方便的解決方案。CY7C68033的固件程序位于內(nèi)部RAM中，由uSB或電子可擦寫可編程只讀存儲器(EEP-ROM)下載；具有4個可以自由編程分配控制的端點(diǎn)；8位或16位外部數(shù)據(jù)接口：內(nèi)部具有4個集成的FIFO，對外有兩種接口模式，Master模式使用GPIF接口，Slave FIFO模式使用集成的FIFO供外部設(shè)備讀寫，很容易與外部的專用集成電路或DSP器件連接；內(nèi)置增強(qiáng)型的8051內(nèi)核時鐘最高可達(dá)48 MHz，其指令周期只需4個時鐘周期；具有2個通用異步收發(fā)器(UART)、3個定時計(jì)數(shù)器、擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)；內(nèi)置2個I2C總線控制模塊。
2．2 USB接口設(shè)計(jì)
圖2是該高速圖像采集系統(tǒng)的USB接口電路連接圖。 本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202556.htm
圖2中，CY7C68033的PA3～PA2引腳作為地址線與TMS320DM6437 DSP的HCNTL[1:0]相連，用于選擇HPI的寄存器與工作模式；FD[15:0]作為16位數(shù)據(jù)總線與HPl的數(shù)據(jù)總線HD[15:0]相連，用于交換數(shù)據(jù)；CTLx引腳為GPIF的輸出控制信號，RDYO引腳為GPIF的輸入控制信號。由于訪問HPI寄存器需兩次半字傳輸，因此使用CY7C68033的CTL0引腳進(jìn)行控制。TMS320DM6437的HR／W接至CTL1，用來作為讀／寫選擇標(biāo)志；HDS1與CTL2相連，作為數(shù)據(jù)選通信號。HRDY與輸入信號線RDYO相連，用于查詢HPI接口狀態(tài)，GPIF通過監(jiān)測該信號以控制內(nèi)部存取操作。TMS320DM6437的HINT與CY7C68033的INT0引腳相連，DSP復(fù)位時HINT引腳啟用，該引腳也用于DSP向CY7C68033發(fā)送外部中斷請求。另外，TMS320DM6437的HCS3引腳接地表示可對HPI進(jìn)行連續(xù)存取操作。
3 圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
當(dāng)USB設(shè)備插入計(jì)算機(jī)時，計(jì)算機(jī)和USB設(shè)備之間產(chǎn)生一個枚舉過程。計(jì)算機(jī)檢測到有設(shè)備插入。自動發(fā)出查詢請求；USB設(shè)備回應(yīng)該請求，發(fā)送出該設(shè)備的Vendor ID和Product ID；計(jì)算機(jī)根據(jù)這兩個ID裝載相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動程序，完成枚舉過程。然后就可以傳輸數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)，即TMS320DM6437 DSP向PC機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時，首先向CY7C68033發(fā)送一硬件中斷信號，CY7C68033接收該中斷，并啟動接收程序，通過HPI接口設(shè)置DSP的HPIC寄存器的HINT標(biāo)志位，使DSP下一次仍通過該位發(fā)出中斷：然后通過端口6將固定長度(512字節(jié))的數(shù)據(jù)讀人FIFO：端口6讀取數(shù)據(jù)時，為了保證較高的傳輸速度，CY7C68033中的CPU不能干預(yù)數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量后，CY7C68033自動將數(shù)據(jù)打包傳送給USB總線；發(fā)送數(shù)據(jù)時，它將數(shù)據(jù)包直接傳輸給CY7C68033，CY7C68033接收到數(shù)據(jù)后，按指定字節(jié)長度將數(shù)據(jù)讀到發(fā)送端口2的FIFO中，然后自動啟動GPIF，將數(shù)據(jù)傳送給DSP，接下來CY7C68033通過HPI接口設(shè)置DSP的HPIC寄存器中的DSPINT位(將其置1)，向DSP發(fā)送請求中斷，通知DSP有數(shù)據(jù)包。
USB設(shè)備的軟件開發(fā)包括設(shè)備固件、設(shè)備驅(qū)動程序以及應(yīng)用程序3方面設(shè)計(jì)。
3．1 設(shè)備固件
設(shè)備固件設(shè)計(jì)是由主程序和中斷處理程序2部分組成，其中，主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)外設(shè)器件的互聯(lián)以及初始化設(shè)置USB端口等。系統(tǒng)上電時，通過USB電纜將固件程序下載到CY7C68033的內(nèi)部RAM，為了傳輸可靠，固件程序下載采用批量傳輸方式。由于系統(tǒng)要求快速持續(xù)傳輸大量數(shù)據(jù)，因此采用同步傳輸方式。
3．2 USB設(shè)備驅(qū)動程序
USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計(jì)一般采用Windows DDK(devicedriver kil)設(shè)計(jì)，但由于DDK的復(fù)雜性和調(diào)試難度，難以開發(fā)穩(wěn)定完善的USB驅(qū)動程序。因此，這里選用NuMega公司的開發(fā)軟件DriverWorks，它是以面向?qū)ο蟮乃枷胪耆庋bDDK的所有庫函數(shù)。
通過DriverWorks提供的類，編寫大部分驅(qū)動程序。最重要的是DriverWorks提供對USB總線的封裝，這樣大大簡化對USB總線的操作接口。DriverWorks通過向?qū)蒛SB驅(qū)動程序的框架，并利用KDriver、KPnpDevice、KpnpLowerDe-vice等類簡化WDM(Win32 driver module)驅(qū)動程序編程，它們分別對應(yīng)的封裝是WDM中的PD0、FD0、FiD0。每一個WDM驅(qū)動程序都有一個入口函數(shù)AddDevice，當(dāng)PC機(jī)監(jiān)測到USB接口中接入新設(shè)備時．立刻調(diào)用入口函數(shù)AddDevice并且創(chuàng)建設(shè)備的PD0，接著將其保存到函數(shù)參數(shù)指針中。成員函數(shù)AddDevice同時創(chuàng)建另外一個設(shè)備對象FD0．它被KPnpDevice封裝。對WDM總線驅(qū)動程序的上層接口通過KpnpLowerDevice類實(shí)現(xiàn)FD0和PD0之間的連接，同時它也提供對PD0的操作接口。對USB客戶驅(qū)動程序從KLow-erDevice類派生出的KusbLowerDevice類封裝USB的底層設(shè)備對象，通過其接口操作USB總線的驅(qū)動程序。
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