基于EZ-USB的數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計(jì)
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?。眨樱驴刂破鞑捎猛ㄓ眠B接技術(shù)以實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接,具有連接靈活、使用方便、速度快、擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),使得其一些高速、高精度的信號(hào)采集領(lǐng)域中, 具有極大的應(yīng)用價(jià)值[1]?!。牛冢眨樱滦蛄行酒粒危玻保常保咽牵茫穑颍澹螅蠊镜膬?nèi)嵌微控制器的80pin的USB接口控制芯片,它采用了一種基于內(nèi)部RAM的解決方案,允許客戶隨時(shí)不斷地設(shè)置和升級(jí),不受端口數(shù)、緩沖大小、傳輸速度及傳輸方式的限制[2]。片內(nèi)嵌有一個(gè)增強(qiáng)型8051微控制器,與標(biāo)準(zhǔn)的8051相比,其速度快3倍。本文將USB控制器EZ-USB2131Q用于基于TMS320C5409的水聲信號(hào)采集及混沌特性研究系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸。
1?。眨樱驴刂破髋cDSP的連接
1.1 ?。粒危玻保常保押停裕停樱常玻埃茫担矗埃沟挠布B接
在TMS320C5409和USB控制器AN2131Q硬件連接中,采用FIFO(first?。椋睢。妫椋颍螅簟。铮酰簟。樱遥粒停┻B接方法,除了能確保DSP和主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸速度只受USB協(xié)議限制外,還能使USB控制器和DSP之間的最大數(shù)據(jù)交換速度超過(guò)USB總線的速度。
由于USB控制器AN2131Q內(nèi)嵌有加強(qiáng)型的8051處理器,可使用兩片FIFO(FIFO選用IDT72V02,它具有1K×9位的內(nèi)存)可以實(shí)現(xiàn)USB控制器和DSP之間的雙向通信。從USB控制器AN2131Q或者DSP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)首先保存在FIFO中,然后再由DSP或者AN2131Q讀走,從而使得數(shù)據(jù)的傳輸不會(huì)出現(xiàn)堵塞情況,其硬件連接框圖如圖1所示。
圖1 AN2131Q和TMS320C5409的連接圖
?。保病 。粒危玻保常保押停桑模裕罚玻郑埃驳倪B接
?。桑模裕罚玻郑埃矤顟B(tài)信號(hào)有空(EF)、半滿(HF)和滿(FF),它們都在FIFO為低電平時(shí)有效。其與AN2131Q的連接如圖2所示。
圖2 ?。粒危玻保常保押停桑模裕罚玻郑埃驳倪B接圖
?。保场 。粒危玻保常保押停裕停樱常玻埃茫担矗埃沟能浖B接
?。眨樱驴刂破鳎粒危玻保常保押停模樱兄g的軟件部分包括4個(gè)部分,分別是USB控制器AN213lQ對(duì)FIF01的寫(xiě)、USB控制器AN2131Q對(duì)FIF02的讀、TMS320C5409對(duì)FIF01的讀、TMS320C5409對(duì)FIFO2的寫(xiě)。為了描述的方便,將FIF01的3個(gè)狀態(tài)信號(hào)分別稱為 、 和 ,對(duì)應(yīng)FIF02的為 、 、 。
(1)USB控制器AN2131Q寫(xiě)FIFO1
當(dāng)USB總線上有數(shù)據(jù)要傳送至TMS320C5409時(shí), AN2131Q查詢 ,若 無(wú)效, AN2131Q一次向FIFO1寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)包(數(shù)據(jù)包要小于或等于FIFO1容量的一半),而且AN2131Q一次向FIFO1寫(xiě)入每一個(gè)字節(jié)時(shí)不需再查詢 。
(2)?。裕停樱常玻埃茫担矗埃棺xFIFO1
?。裕停樱常玻埃茫担矗埃姑看螐模疲桑疲希敝凶x入一個(gè)數(shù)據(jù)包,每讀一個(gè)字節(jié)前,DSP需要查詢 ,只有當(dāng) 無(wú)效(FIFO1不為空)時(shí),DSP才能進(jìn)行讀操作。
?。ǎ常。裕停樱常玻埃茫担矗埃箤?xiě)FIFO2
當(dāng)TMS320C5409有數(shù)據(jù)要傳送至主機(jī)時(shí),TMS320C5409把數(shù)據(jù)打包,每次向FIFO2中寫(xiě)入一包數(shù)據(jù),方法與USB控制器AN2131Q寫(xiě)FIFO1相同,惟一不同的是TMS320C5409查詢的信號(hào)是 。寫(xiě)完一包數(shù)據(jù)后,TMS320C5409通過(guò)操作控制字向USB控制AN2131Q發(fā)一個(gè)中斷信號(hào),TMS320C5409在寫(xiě)下一包數(shù)據(jù)時(shí)必須等到AN2131Q應(yīng)答。AN2131Q應(yīng)答的方法是利用TMS320C5409的外部中斷INT1中斷DSP。
(4)USB控制器AN2131Q讀FIFO2
?。眨樱驴刂破鳎粒危玻保常保咽盏剑裕停樱常玻埃茫担矗埃拱l(fā)出的中斷信號(hào),應(yīng)答DSP后,從FIFO2中讀入一包數(shù)據(jù),不用再查詢 。
2?。眨樱陆涌谲浖O(shè)計(jì)
USB接口軟件主要分為三部分:固件程序、驅(qū)動(dòng)程序、主機(jī)應(yīng)用程序。主機(jī)應(yīng)用程序通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)USBDI(?。眨樱隆。模澹觯椋悖濉。桑睿簦澹颍妫幔悖澹┻M(jìn)行通信,由系統(tǒng)產(chǎn)生USB數(shù)據(jù)的傳送動(dòng)作,固件程序則響應(yīng)來(lái)自系統(tǒng)的USB標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求,完成各種數(shù)據(jù)的交換的時(shí)間處理。
?。玻薄。牛冢眨樱鹿碳绦蜷_(kāi)發(fā)
固件代碼存儲(chǔ)在AN2131Q內(nèi)部的8KBR?。粒椭?,它是用來(lái)初始化USB總線設(shè)備的。固件代碼包括了設(shè)備的信息,它以描述符形式指定了制造商號(hào)、產(chǎn)品號(hào)和其他USB總線協(xié)議中所需要的信息,其主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備枚舉過(guò)程[3]。
為了簡(jiǎn)化和加速用戶對(duì)EZ-USB芯片的開(kāi)發(fā)過(guò)程,Cypress公司提供了Keil?。茫担薄…h(huán)境下編寫(xiě)固件程序的框架。該框架集成了開(kāi)發(fā)USB總線設(shè)備所需的基本函數(shù),用戶可以在此基礎(chǔ)上加入自己的代碼實(shí)現(xiàn)特定的要求。固件程序框架如圖3所示。
圖3 EZ一USB固件程序框架
?。牛谝唬眨樱鹿碳绦蚩蚣苁紫瘸跏蓟械膬?nèi)部狀態(tài)變量,然后調(diào)用用戶初始化函數(shù)TD_Init(),然后初始化USB總線設(shè)備接口為非配置狀態(tài),并同時(shí)打開(kāi)中斷。當(dāng)完成上面的任務(wù)后,EZ一USB 固件程序就開(kāi)始重新枚舉設(shè)備直到端點(diǎn)0收到SETUP包為止。一旦EZ-USB收到SETUP包,固件程序就開(kāi)始進(jìn)行任務(wù)分配[4]。任務(wù)分配就是依次重復(fù)地執(zhí)行下面的過(guò)程:
?。ǎ保≌{(diào)用用戶函數(shù)TD_Poll()。
(2) 檢測(cè)是否有標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備請(qǐng)求,如果有,則執(zhí)行指令并做出相應(yīng)的操作。
?。ǎ常z測(cè)USB核是否有USB掛起事件。如果有USB掛起事件,則調(diào)用用戶程序TD_Suspend()。當(dāng)TD_Suspend()返回為真時(shí),USB核檢測(cè)是否有重新開(kāi)始事件。當(dāng)檢測(cè)到有重新開(kāi)始的事件,USB調(diào)用用戶程序TD_Resume(),并繼續(xù)執(zhí)行步驟3.
固件代碼在Keil?。郑椋螅椋铮睿箔h(huán)境中編譯后,最終生成ezusb.hex文件。用USB線把DSP開(kāi)發(fā)板接到PC機(jī)上,啟動(dòng)“EZ-USB Control?。校幔睿澹臁保涂梢园眩澹酰螅猓瑁澹募螺d到ANZ13lQ內(nèi)部的8K?。遥粒汀≈?。
?。玻病。牛冢眨樱买?qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)
驅(qū)動(dòng)程序(USBD)是USB總線系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理USB的工作. USB總線客戶軟件包含了用來(lái)控制不同USB總線外設(shè)的功能程序,它通過(guò)一個(gè)Windows定義的軟件接口與根集線器驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通信;而USB總線根集線器驅(qū)動(dòng)程序則通過(guò)包含在USBD中的USBDI(USB驅(qū)動(dòng)程序接口。)實(shí)現(xiàn)USBD的通信;然后,USBD 會(huì)選擇兩種主控制器之一同下方的主控制器進(jìn)行通信;最后,主控制器驅(qū)動(dòng)程序會(huì)通過(guò)PCI枚舉器軟件直接實(shí)現(xiàn)對(duì)USB物理總線的訪問(wèn)。
?。眨樱驴偩€設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須遵循Win32驅(qū)動(dòng)程序模型(WDM),其擴(kuò)展名為.Sys。驅(qū)動(dòng)程序主要實(shí)現(xiàn)的功能包括:設(shè)備初始化;即插即用設(shè)備的創(chuàng)建和刪除;處理Win32打開(kāi)和關(guān)閉文件句柄請(qǐng)求;類(lèi)功能定義IO?。茫裕蹋ǎ桑稀。茫铮睿簦颍铮欤?、功能實(shí)現(xiàn);IRP(I/O?。遥澹瘢酰澹螅簟。校幔悖耄澹簦┑恼{(diào)用處理;訪問(wèn)硬件。
為幫助設(shè)備和軟件的開(kāi)發(fā)者測(cè)試USB總線設(shè)備請(qǐng)求和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?,Cypress公司提供了EZ_?。眨樱峦ㄓ抿?qū)動(dòng)程序GPD(General Purpose?。模颍椋觯澹颍?。GPD是用來(lái)和基于EZ_?。眨樱峦庠O(shè)接口的通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,提供公共USB總線設(shè)備請(qǐng)求和數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩魬B(tài)接口。使用GPD作為起始點(diǎn),可以創(chuàng)建用戶特有的驅(qū)動(dòng)程序。
?。ǎ保〗ⅲ牛冢撸眨樱隆。牵校?/FONT>
建立GDP需要微軟的WDM?。模模撕臀④浀模郑椋螅酰幔臁。茫叮?。EZ-USB的GPD?。澹酰螅猓螅笫且粋€(gè)不用修改就可用的驅(qū)動(dòng)程序,在自行開(kāi)發(fā)外部設(shè)備的時(shí),可以采用這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序作為USB驅(qū)動(dòng)。
?。ǎ玻∮脩魬B(tài)和GPD的接口
對(duì)于用戶態(tài)的應(yīng)用,可以使用VC++編譯工具CreateFile()和DeviceIoControl()。所有的用戶態(tài)通過(guò)I/O控制調(diào)用來(lái)訪問(wèn)EZ_USB GPD的。一個(gè)用戶態(tài)程序首先通過(guò)調(diào)用一個(gè)Win32函數(shù)CreateFile( )來(lái)獲得設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的句柄。然后用Win32函數(shù)DeviceIoControl()通過(guò)CreateFile( )函數(shù)返回的句柄,來(lái)提交I/O控制代碼和相關(guān)的輸入輸出緩沖區(qū)到驅(qū)動(dòng)程序。
2.3?。校脵C(jī)用戶程序開(kāi)發(fā)
后臺(tái)PC機(jī)用戶程序采用Visual?。茫叮啊【帉?xiě),主要功能是利用開(kāi)發(fā)的USB驅(qū)動(dòng)程序完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,并將數(shù)據(jù)保存為自己定義的格式。下面將詳細(xì)介紹利用USB驅(qū)動(dòng)程序中定義的控制通道和塊傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和保存的過(guò)程,并給出部分關(guān)鍵代碼。
?。ǎ保┐蜷_(kāi)USB設(shè)備
?。拢希希獭。酰螅猓停幔颍?; ∥當(dāng)前選定的USB 設(shè)備是否打開(kāi)標(biāo)志。
?。酰螅猓停幔颍耄剑希穑澹睿眨樱拢ǎ?;∥OpenUSB函數(shù)的功能是調(diào)用設(shè)備對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,并獲得設(shè)備的描述,其返回值為?。拢希希绦停梢砸来伺袛嘣O(shè)備是否正確工作。
(2)定義命令請(qǐng)求和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
?。悖瑁幔颉。猓酰妫妫澹颍郏叮矗?;∥定義數(shù)據(jù)緩沖區(qū);
ULONG?。觯澹睿洌澹颍欤铮睿纾剑埃?/FONT>
?。遥牛眩眨牛樱裕撸模粒裕痢。酰螅猓遥澹瘢酰澹螅?;∥定義USB 數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求結(jié)構(gòu)。
所有的?。眨樱隆≡O(shè)備是通過(guò)缺省控制通道對(duì)主機(jī)的請(qǐng)求發(fā)出響應(yīng),這些請(qǐng)求是由驅(qū)動(dòng)程序控制傳送而完成的,請(qǐng)求以及請(qǐng)求的參數(shù)通過(guò)包的形式發(fā)向設(shè)備,這里定義的usbRequest就是請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包,
(3)填寫(xiě)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求并發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求。
USBSendReq(&usbRequest,&buffer[0],vender-long);∥函數(shù)將請(qǐng)求交給USB 驅(qū)動(dòng)程序,由驅(qū)動(dòng)程序完成向USB設(shè)備的發(fā)送,USB設(shè)備接到請(qǐng)求后根據(jù)固件中的程序?qū)?shù)據(jù)發(fā)送回后臺(tái)PC機(jī)。
(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收,本文采用的是塊傳輸模式。
?。拢眨蹋耍撸模粒裕痢。酰螅猓拢酰欤耄洌幔簦幔弧味x塊傳輸結(jié)構(gòu);
bulkControl.pipeNum=1;∥選擇傳輸管道;
buffer=&receivedat[0];∥定義接收緩存區(qū);
?。眨蹋希危恰。欤澹睿纾簦瑁剑叮矗弧晤A(yù)接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;
?。拢酰欤耄洌幔簦幔樱澹睿洌ǎΓ酰螅猓拢酰欤耄洌幔簦幔猓酰妫妫澹?,length);
∥BulkdataSend為數(shù)據(jù)接收函數(shù), 函數(shù)調(diào)用后傳回的數(shù)據(jù)保存在buffer中。
經(jīng)過(guò)上述步驟即可把數(shù)據(jù)從DSP保存到后臺(tái)PC機(jī)內(nèi)存中。
?。场〗Y(jié)語(yǔ)
本文使用USB控制器AN2131Q芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸, 安裝簡(jiǎn)單, 支持即插即用; 無(wú)需外接電源;并將其應(yīng)用到基于TMS320C5409的水聲信號(hào)采集及混沌特性研究系統(tǒng)通信中,充分驗(yàn)證了此接口電路的可行性和具體設(shè)計(jì)的正確性。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn): 通用串行總線USB是近年來(lái)一種新興的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備串行通信接口,它具有傳輸可靠、易于擴(kuò)展、低價(jià)并可熱插撥等特性。本文將EZ-USB 序列芯片AN2131Q用于水聲信號(hào)采集及混沌特性研究系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)間的通信,并在AN2131Q與DSP間加入兩片IDT72V02,使得數(shù)據(jù)的傳輸不會(huì)出現(xiàn)堵塞情況,提高了傳輸?shù)乃俣取?/FONT>
評(píng)論