MAX3420E系統(tǒng)調(diào)試

引言

當(dāng)您設(shè)計(jì)了一塊電路板，將max3420e與您喜愛的微控制器整合在一起。加電，插入usb，不能正常工作...，怎么辦? 本文為您提供了答案。
第一次調(diào)試usb外設(shè)器件時(shí)，會(huì)面臨很大的挑戰(zhàn)。要使max3420e能夠正常工作，首先需要按下列步驟進(jìn)行檢查。

檢查usb b型連接器的引腳

這是最容易出錯(cuò)的地方—視圖是頂視圖還是底視圖? 引腳1在哪里? 如果您不是機(jī)械工程師，這些視圖會(huì)讓人感覺無(wú)所適從。圖1和圖2可幫您解決這一問題。

應(yīng)采用歐姆表來(lái)檢查max3420e和usb連接器之間的連線。特別注意d+和d-。二者很容易搞反。請(qǐng)注意，max3420e與連接器d+和d-引腳之間有33電阻。對(duì)于這么小的電阻，大部分測(cè)試是否接通的儀表都會(huì)發(fā)出“嘀嘀”聲。如果需要檢查usb電纜，請(qǐng)參考圖3。

usb“完整性”檢查
本節(jié)闡述設(shè)備與usb的連接情況。完整性檢查給出了d+和d-線的工作情況，在沒有usb總線分析儀的情況下，這種方法非常有效。
復(fù)位處理器，將電纜連接至pc usb端口，初始化代碼執(zhí)行完畢后，在設(shè)置connect位的語(yǔ)句前停止運(yùn)行。該語(yǔ)句如下：

wreg(rusbctl,bmconnect); // connect to usb

在執(zhí)行該語(yǔ)句之前，d+和d-應(yīng)均為低電平。這是因?yàn)殡娎|的主機(jī)側(cè)電路通過15k電阻將這些信號(hào)下拉至地?，F(xiàn)在，單步執(zhí)行connect語(yǔ)句后，max3420e在d+和vcc (3.3v)之間接入一個(gè)1.5k內(nèi)部電阻。此時(shí)，d+應(yīng)變?yōu)楦唠娖?，其后?huì)出現(xiàn)一些突發(fā)脈沖(圖4)。

上面的波形是d+，下面的是d-。該突發(fā)波形持續(xù)約18s，然后消失。d+保持高電平，d-保持低電平，然后彈出下面的windows xp消息框(圖5)：

怎么回事?

請(qǐng)注意，程序?yàn)閱尾綀?zhí)行。到目前為止所作的只是連接了d+上拉電阻。該上拉提示pc有新的usb設(shè)備剛剛插入，因此pc開始向該設(shè)備發(fā)送信號(hào)，確定設(shè)備類型。這就是圖4中的脈沖信號(hào)。由于微控制器代碼停止運(yùn)行，因此不會(huì)命令max3420e做出任何響應(yīng)。pc由于沒有收到響應(yīng)信號(hào)，最終決定(18秒后)忽略該設(shè)備。d+為高電平和d-為低電平的總線狀態(tài)稱為“usb總線掛起”或者“掛起”。主機(jī)停止發(fā)送任何信號(hào)，max3420e的d+上拉電阻保持d+信號(hào)為高電平。

圖6所示為利用lecroy instruments (lecroy兼并了catc，catc是該分析儀的最初生產(chǎn)商)的usb總線分析儀測(cè)得的總線過程。當(dāng)pc探測(cè)到設(shè)備插入后(connect = 1)，它發(fā)出一個(gè)usb總線復(fù)位信號(hào)(沒有畫出)。然后，在transfer 0，它發(fā)出一個(gè)“get_descriptor”請(qǐng)求以獲取“device”類型。5.687s之后，pc發(fā)出第二個(gè)usb總線復(fù)位信號(hào)，再嘗試5.578s，要求得到設(shè)備描述符。pc第三次復(fù)位總線，再嘗試5.580s，然后掛起總線并放棄嘗試。由于沒有運(yùn)行固件，設(shè)備不會(huì)聽取或應(yīng)答(ack) pc的請(qǐng)求。

為清晰起見，圖6沒有畫出max3420e回送的nak (非應(yīng)答)握手信號(hào)。圖7將第一次傳輸過程展開，詳細(xì)地顯示數(shù)據(jù)包。現(xiàn)在可以看到transfer 0以下面三個(gè)封包開始：

主機(jī)向剛剛連上的設(shè)備 在這種情況下，usb發(fā)送地址0)發(fā)送一個(gè)setup包(63)。

主機(jī)發(fā)送一個(gè)data包(64)，包含一個(gè)8字節(jié)“操作碼”。
外設(shè)(max3420e)回送一個(gè)ack包(65)，確認(rèn)無(wú)差錯(cuò)地收到兩個(gè)主機(jī)封包。

如果打開含有max3420e的系統(tǒng)，插入usb，設(shè)置connect = 1 (但是不再進(jìn)行其他操作)，max3420e將發(fā)出ack握手包(上面第3步的65字節(jié)包)。max3420e硬件自動(dòng)應(yīng)答control傳輸?shù)膕etup階段，這是由usb規(guī)范規(guī)定的。

接下來(lái)，主機(jī)開始發(fā)送in請(qǐng)求，并從transaction 1開始。對(duì)應(yīng)每個(gè)in請(qǐng)求，max3420e回送nak (非應(yīng)答)握手信號(hào)。這是因?yàn)檫€沒有運(yùn)行程序，因此，與max3420e連接的微控制器不會(huì)收到sudav irq (setup數(shù)據(jù)就緒中斷請(qǐng)求)。

注意：max3420e通過置位sudav irq，提示微控制器收到了setup包。該信息通知微控制器需要對(duì)數(shù)據(jù)包解碼，并回送要求的數(shù)據(jù)作為響應(yīng)。

這些in-nak過程持續(xù)5.687s，此時(shí)pc會(huì)復(fù)位總線，開始第二次嘗試。圖4中的脈沖信號(hào)即是in-nak過程。如果仔細(xì)觀察示波器，5s后波形將略有變化—這對(duì)應(yīng)總線復(fù)位(d+和d-同時(shí)置低約30ms)，其后是另一個(gè)setup包。然后，in-nak再持續(xù)5s。

供參考：另一個(gè)分析儀

產(chǎn)生圖6和圖7波形的usb總線分析儀可能超出了您的預(yù)算。盡管本應(yīng)用筆記假設(shè)您只有一個(gè)示波器和歐姆表，我們還是強(qiáng)烈建議在usb開發(fā)過程中使用usb總線分析儀。我們使用的lecroy/catc具有多種優(yōu)點(diǎn)，包括友好的界面和豐富的軟件，最重要的是它享有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)usb測(cè)量工具的美譽(yù)。通過比對(duì)catc波形來(lái)確定實(shí)際情況，解決了許多爭(zhēng)論不休的問題(硬件、軟件和芯片等)。總線總是如實(shí)反映情況。

幸虧現(xiàn)在有低成本usb分析儀。圖8所示為beagle-usb的屏幕截圖。beagle分析儀能夠以比lecroy/catc低很多的價(jià)格顯示總線的工作情況。如果對(duì)比圖8中的index 10和圖6中的64字節(jié)數(shù)據(jù)包，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們顯示了完全相同的setup數(shù)據(jù)包。

檢查進(jìn)程
如果觀察到了圖4中的信號(hào)，已經(jīng)可以確定usb連接器的連線是正確的，而且max3420e供電正常。如果還沒有觀察到該顯示，可以嘗試以下措施：
測(cè)量max3420e的res#引腳，確定其為高電平。
測(cè)量晶振，確保其振蕩頻率為12mhz。必須是12mhz ±0.25%才能滿足usb規(guī)范。如果超出容限，檢查所連接的負(fù)載電容是否與并聯(lián)諧振晶體所規(guī)定的電容一致(通常采用18pf)。
檢查vcc是否為3.3v。
檢查系統(tǒng)接口電壓vl。確保不超過3.6v。
如果由vbus通過一個(gè)3.3v穩(wěn)壓器對(duì)max3420e的vcc引腳供電，確定連接了usb。否則，max3420e的vcc無(wú)法供電。

注意：由于固件運(yùn)行與否和usb電纜連接無(wú)關(guān)，因此，與總線供電的設(shè)計(jì)相比，調(diào)試自供電設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單一些。可以先采用外部電源對(duì)樣機(jī)供電。如果需要，以后可以再轉(zhuǎn)為總線供電。

下一步檢查您的控制器是否能夠成功地通過spi總線與max3420e寄存器組進(jìn)行通信。

檢查rreg()和wreg()。
編寫任何程序，無(wú)論是采用maxim的實(shí)例代碼還是自己從頭開始編寫代碼，都需要使用讀寫max3420e寄存器的函數(shù)。下面的例子使用了這些函數(shù)原型：

unsigned char rreg(byte r); // read a max3420e register byte
void wreg(byte r,byte v); // write a max3420e register byte

在調(diào)試處理usb傳輸?shù)拇a前，先編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的子程序來(lái)測(cè)試這些函數(shù)。參見圖9的例子：

圖9中的測(cè)試代碼先復(fù)位max3420e，然后向usbien寄存器寫入每字節(jié)移動(dòng)1位的8個(gè)字節(jié)。每個(gè)字節(jié)中有一位置位，從00000001開始，然后是00000010，最終以10000000結(jié)束。單步執(zhí)行該函數(shù)，檢查“rd”值8次，確定其值為0x01，0x02，0x04，0x08，0x10，0x20，0x40和0x80。如果是這樣，則可以確定spi接口寄存器的寫和讀操作均正常。如果能夠?qū)懭雞sbien寄存器，并可靠的讀回其內(nèi)容，那么就可以讀寫所有的max3420e寄存器。

圖10所示為采用crossstudio調(diào)試maxq2000微控制器的屏幕截圖。將光標(biāo)指向“rd”變量時(shí)，將激活彈出窗口(截圖沒有顯示光標(biāo))。單步執(zhí)行代碼時(shí)，可采用這種方式來(lái)查看任何變量。

測(cè)試代碼首先設(shè)置微處理器spi端口。對(duì)應(yīng)每種微處理器類型和特定io引腳分配，spi_init()函數(shù)各不相同。然后，代碼向pinctl寄存器寫入0x10，設(shè)置max3420e spi接口為全雙工工作模式。這將置位fdupspi位。代碼置位chipres位，然后對(duì)其清零，使max3420e處于已知的狀態(tài)。建議在代碼的開始部分包含芯片復(fù)位功能，從而在每一個(gè)調(diào)試周期的開始使max3420e處于已知的狀態(tài)。

如果圖10中的代碼沒有產(chǎn)生正確的結(jié)果，應(yīng)檢查spi信號(hào)，確定其工作是否正常。

測(cè)試程序test_spi()中的第一次wreg()調(diào)用，向max3420e的寄存器17寫入數(shù)值0x10。spi總線的波形應(yīng)與圖11所示一致。

每次訪問spi的第一個(gè)字節(jié)是命令字節(jié)，其字節(jié)格式如圖12所示。注意圖11中對(duì)應(yīng)前一部分slck上升沿的mosi波形，位模式10001010指定寄存器17 (第7位至第3位是10001，數(shù)值為17)。同樣，第1位為高電平，表明是寫操作。第二個(gè)字節(jié)的位模式是00010000。這是寫入寄存器17的數(shù)據(jù)，即0x10 (只有第4位fdupspi寄存器位置位)。因此，該spi訪問將0x10寫入寄存器17，置位fdupspi位。

得到這些波形的一種簡(jiǎn)單方法是設(shè)置示波器或者邏輯分析儀在ss#的下降沿觸發(fā)，單步執(zhí)行wreg()調(diào)用。

test_spi()中的下一條語(yǔ)句是rreg()函數(shù)。第一次進(jìn)入循環(huán)體時(shí)，將數(shù)值0x01寫入usbien寄存器，如圖13所示。

然后，test_spi()函數(shù)讀回usbien寄存器的數(shù)值，第一次通過循環(huán)體時(shí)，應(yīng)等于1 (圖14)。每次通過循環(huán)體時(shí)，寫入和讀回的位應(yīng)向左移動(dòng)一個(gè)sclk邊沿。

max3420e寄存器寫和讀操作驗(yàn)證完畢后，可以進(jìn)一步調(diào)試程序。到目前為止所有的檢查步驟均屬于“完整性檢查”。現(xiàn)在，我們開始實(shí)際處理usb通信功能的第一步：需要處理器響應(yīng)不同的max3420e中斷請(qǐng)求位。

irq位設(shè)置
似乎應(yīng)該usb總線通信開始后max3420e才會(huì)置位中斷請(qǐng)求位。實(shí)際上，當(dāng)max3420e上電時(shí)，就會(huì)有irq位置位，當(dāng)插入usb電纜和設(shè)置connect = 1時(shí)，又有其他irq位置位。下面介紹該啟動(dòng)過程的中斷請(qǐng)求情況。
完成復(fù)位
當(dāng)max3420e完成復(fù)位后，即使還沒有插入usb，某些中斷請(qǐng)求位就會(huì)置位。這些位是：

epirq寄存器:

in3bavirq
in2bavirq
in0bavirq
epirq寄存器的初始值應(yīng)為0x19。max3420e置位這三個(gè)irq位，指示三個(gè)in端點(diǎn)fifo已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以裝入數(shù)據(jù)。bav表示“buffer available”。
usbirq寄存器:

oscokirq
usbirq寄存器的初始值應(yīng)為0x01。上電時(shí)，max3420e啟動(dòng)其片內(nèi)振蕩器。振蕩器穩(wěn)定后，max3420e置位oscokirq位，指示已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以進(jìn)行工作。如果程序沒有通過oscokirq位檢查，請(qǐng)確定vcc引腳電壓為3.3v。vcc為振蕩器供電。

注意：max3420e irq寄存器位不論其對(duì)應(yīng)的使能位(在epien和usbien寄存器中)是否置位，均可有效置位。使能位決定是否將請(qǐng)求位傳送到驅(qū)動(dòng)int引腳的邏輯電路。參見應(yīng)用筆記3661，max3420e中斷系統(tǒng)，了解更詳細(xì)的信息。

usb插入后
插入usb (connect = 0)后，即使usb沒有通信，仍有一些usbirq位會(huì)置位。epirq位與上面的情況一致，但是更多的usbirq位將置位：

usbirq寄存器:

oscokirq
vbusirq (可能)
vbusirq位指示max3420e通過檢測(cè)vbcomp引腳上的5v信號(hào)，探測(cè)到插入了usb電纜。這假定您已經(jīng)將usb連接器的vbus引腳連接至max3420e微控制器(vbus比較器)的輸入引腳。

設(shè)置connect = 1之后
連接usb使主機(jī)發(fā)出一個(gè)總線復(fù)位信號(hào)，產(chǎn)生get_descriptor-device請(qǐng)求，最終掛起總線。這些操作會(huì)置位usbirq寄存器中的更多irq位。注意，usb總線復(fù)位將清除vbusirq位。

epirq寄存器:

in3bavirq
in2bavirq
in0bavirq
sudavirq (通信開始后)
usbirq寄存器:
oscokirq
uresirq
uresdnirq
suspirq (最后)
如果將vbus接vbcomp引腳，usbirq寄存器讀數(shù)為0x8d，并持續(xù)約20s，然后由于主機(jī)掛起總線，讀數(shù)變?yōu)?x9d。
接下來(lái)的情況會(huì)取決于您的代碼。如果您觀察到的情況和前面吻合，則表明系統(tǒng)一切正常，可以繼續(xù)往下檢查您的代碼。

調(diào)試方法：通過3個(gè)步驟觸發(fā)中斷

剩下的檢查是確保固件能夠正確響應(yīng)pc發(fā)出的不同usb請(qǐng)求命令，并由max3420e給出相應(yīng)信號(hào)。如果啟動(dòng)程序，插入usb后，什么也沒有發(fā)生(可能會(huì)出現(xiàn)windows usb錯(cuò)誤消息)，那么可能是您的程序沒有處理中斷。下面的調(diào)試方法可以幫助解決這些中斷問題。

第1步: 輪詢irq位

首先，編寫代碼直接輪詢irq位，當(dāng)關(guān)心的irq位置位后，使處理器進(jìn)行相應(yīng)操作。即使主程序循環(huán)進(jìn)行直接輪詢，也最好使能中斷(各ien位 = 1和ie = 1)。這樣可以通過觀察max3420e int引腳來(lái)了解其工作情況。這一步有效地取消了微控制器中斷系統(tǒng)(和代碼)檢查，使您能夠集中精力實(shí)現(xiàn)正確的usb功能。當(dāng)連續(xù)讀取epirq和usbirq寄存器時(shí)，不必?fù)?dān)心浪費(fèi)的spi周期—這一步的目的是使usb正常工作。

第2步: 輪詢int引腳狀態(tài)

一旦usb工作正常后，進(jìn)行第二步，修改程序來(lái)輪詢max3420e int引腳狀態(tài)，檢查懸掛的中斷。如果第1步已經(jīng)驗(yàn)證了程序，那么在程序主循環(huán)中有部分代碼一直讀取epirq和usbirq寄存器，檢查懸掛的中斷。插入輪詢微控制器中斷引腳狀態(tài)(連接在max3420e int引腳上)的語(yǔ)句，修改第1步的連續(xù)檢查。如果max3420e int引腳未產(chǎn)生中斷，可以跳過讀取epirq和usbirq寄存器的語(yǔ)句。這種簡(jiǎn)單的檢查方式極大地減少了微控制器和max3420e之間的spi數(shù)據(jù)流量，這是因?yàn)橹挥衖rq位置位時(shí)，才對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

第3步: 檢查微控制器中斷程序

第3步也是最后一步，將max3420e整合到微處理器的中斷系統(tǒng)中。這通常要寫一個(gè)中斷向量，以自動(dòng)將程序執(zhí)行位置指向max3420e處理程序。