USB2.0控制器CY7C68013的接口設(shè)計實現(xiàn)
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摘要：介紹了一種基于USB2.0控制器CY7C68130的USB-ATA接口，將普通硬盤轉(zhuǎn)化為USB Mass -Storage的解決方案，文中給出了利用GPIF實現(xiàn)該方案的相關(guān)設(shè)計方法。
關(guān)鍵詞：USB2.0 ATA接口 CY7C68130 GPIF
1 引言
USB （Universal Serial Bus）接口以其速度快、功耗低、支持即插即用（Plug Play）、使用安裝方便等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。目前USB2.0標準的傳輸速度已達480Mb/s，這使得USB可以推廣到硬盤、信息家電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和其它快速外設(shè)。在某些應(yīng)用場合，如基于硬盤的大容量數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)中，為了使用方便，需要將普通硬盤轉(zhuǎn)化成海量存儲器，這樣在使用時就不需關(guān)機重啟或打開機箱來安裝。本文介紹一種利用帶USB接口的單片機芯片CY7C68013來控制普通硬盤的讀寫，從而半普通硬盤轉(zhuǎn)化為USB2.0海量存儲器的可行方案，本系統(tǒng)可擴展，完全可用于實現(xiàn)基于硬盤的大容量數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。
2 硬件設(shè)計
2．1 USB接口芯片
本設(shè)計選用的是Cypress公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C68013，這是一種帶USB接口的單片機芯片，雖然采用低價的8051單片機，但仍然能獲得很高的速度。它包括一個8051處理器、一個串行接口引擎（SIE）、一個USB收發(fā)器、一個8.5kB片上RAM、一個4 kB FIFO存儲器及一個通用可編程接口（GPIF）。FX2可提供全面集成的解決方案。它有56SSOP、100TQFP、128TQFP三種封裝，本設(shè)計選用占用電路板空間較少的56SSOP封裝。如果要進行擴展，也可選用128TQFP封裝。
2．2 ATA接口
ATA 接口是在ST506的基礎(chǔ)上改進而成的，它將控制器集成到驅(qū)動器中，采用8個端口寄存器（即命令寄存器）來完成對硬盤的讀寫，ATA有兩種工作模式： PIO模式和DMA模式。本設(shè)計采用的DMA傳輸模式不需要處理器參與整個數(shù)據(jù)傳輸過程，而是由I/O口直接將數(shù)據(jù)傳送到存儲器中，從而節(jié)約大量的CPU 時間以更好的處理其它事件?？刂破鲗τ脖P的操作分為兩種：8位數(shù)據(jù)的命令操作和16位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸操作。在對硬盤輸出控制命令之前，程序需對端口完整輸出7字節(jié)的命令塊。其中前六個端口為參數(shù)，最后一個端口為命令碼。讀寫操據(jù)端口一般以512字節(jié)作為數(shù)據(jù)塊進行。硬盤執(zhí)行命令后發(fā)出中斷請求以表示操作結(jié)束（結(jié)束傳輸），也可以置控制器狀態(tài)為空閑，以表示扇區(qū)請求傳輸（數(shù)據(jù)傳輸）。最后，由控制器讀取硬盤狀態(tài)寄存器，以檢測硬盤操作的成功與否。如操作正常，則進行下一次動作；否則進入錯誤處理程序。
2．3 GPIF與ATA接口
FX2芯片的最主要特點是可通過USB2.0的通用可編程接口（GPIF）為特定的應(yīng)用接口編程，以便使用多種協(xié)議完成與外圍器件的無縫連接，如 EIDE/ATAPI， IEEE1284，Utopia等。其編程可以根據(jù)需要進行，且其中不需要CPU的干預(yù)，只是通過一些CPU標志和中斷即可與增強型8051內(nèi)核進行通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
本設(shè)計采用“GPIF主控”接口模式，并使用PORTB和PORTD雙向FIFO數(shù)據(jù)線來構(gòu)成通向四個FX2端點FIFO（EP2、EP4、EP6、 EP8）的16位數(shù)據(jù)接口，以用來連接數(shù)據(jù)線DD[15:0]并進行數(shù)據(jù)的傳送；GPIF作為內(nèi)部主控器與FIFO相連，并通過產(chǎn)生用戶可編程的控制主控器與FIFO相連，并通過產(chǎn)生用戶可編程的控制信號CTL[2：0]與外部接口進行通信。同時，GPIF 還可以通過RDY[1：0]引腳采用外部信號并等待外部事件。由于GPIF的運算速度比FIFO快得多，因此其時序信號具有很好的編程分辨率。
FX2 用4個波形描述符來控制各個狀態(tài)。這些波形描述符可動態(tài)的配置給任何一個端點FIFO。配置后，GPIF將依據(jù)波形描述符產(chǎn)生相應(yīng)的控制邏輯CTL及握手信號RDY來和外界接口，以滿足向FIFO讀寫數(shù)據(jù)的需要。GPIF的數(shù)據(jù)總線可以是8位FD[7：0]，也可以是16位FD[15：0]，本設(shè)計采用 16位數(shù)據(jù)總線。其硬盤讀數(shù)據(jù)控制波形如圖2所示。
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