USB总线接口芯片FT245AM.doc

摘要：介绍了一种USB总线接口芯片FT245AM及其在航空ARINC429总线测试仪中的应用方法，同时介绍了FT245AM的内部结构、管脚说明以及与微处理器的接口电路，给出了航空ARINC429总线测试仪的总体框图、部分原理和接口逻辑的Verilog HDL源代码及仿真时序。 关键词：USB总线 ARINC429总线 FT245AM CPLD MCU随着计算机的广泛就算，与计算机通信的方式也越来越多，对通信速度和易用性要求也越来越高，这使得USB通信方式显得越来越突出，应用领域也越来越广泛。因此，在鼠标、键盘、游戏杆、数据采集卡、数码相机、掌上电脑中都有USB的应用。FT245AM是美国FTDI公司生产的一种USB专用芯片。它具有功能强、体积小、传输速度快、符合USB1.1技术规范、易于一微处理器接口等特点，因而倍受用户的青睐。笔者采用FT245AM成功地开发了航空ARINC429总线测试仪。 FT245AM集成了USB1.1通信协议和外设接口，可以方便地实现USB主机与外设MCU、CPLD的接口，其数据传输速率可达1MB/s。FT245AM内部128字节的接收FIFO和384字节的发送FIFO大大提高了USB主机与外设的通信质量。另外，FT245AM还具备3.3V的LDO调整器、8位频器、USB数据时钟恢复PLL、USB数据收发器，且EEPROM接口逻辑单元可外接串行存储器93C46，以实现USB VID、PID、序列号和设备说明字符串的存储。使用FT245AM可大大简化其外围电路，使用户设备更趋于小型化。1 FT245AM简介1.1 FT245AM内部结构和引脚功能FT245AM芯片的内部结构如图1所示。该芯片采用QFP32封装，其各管脚说明如下：USBDP（7脚）：USB差分数据正端；EEDATA（2脚）：串行存储器数据；USBDM（8脚）：USB差分数据负端；TEST（5脚）：厂商测试管脚；3V3OUT（6脚）：3.3V电源输出；D7:0(2518脚)：外设接口数据总线；XTIN（27脚）：晶体振荡器输入；RD（16脚）：外设读数据信号输入；XTOUT（28脚）：晶体振荡器输出；WR（15脚）：外设写数据信号输入；RCCLK（31脚）：RC定时器；TXE（14脚）：发送FIFO空标志输出；RESET（4脚）：芯片复位输入；RXF（12脚）：接收FIFO非空标志输出；EECS（32脚）：串行存储器片选；EEREQ（11脚）：串行存储器读取请求；EESK（1脚）：串行存储器时钟；EEGNT（10脚）：串行存储器读取允许；VCC，AVCC（3、13、26、30脚）：分别为芯片电源和电路模拟电源；GND，AGND（9、19、29脚）：芯片地和模拟地。1.2 FT246AM与外设的数据传输方法FT245AM具有外设接口控制单元，可以方便地与MCU、CPLD接口来实现数据交换。 当外设从FT245AM中读取USB主机数据时，如果FT245AM的管脚RXF为高电平，则表明FT245AM没有接收到USB主机发送的数据，此时外围MCU（CPLD）不能读取数据。而当MCU（CPLD）检测到RXF为低电平时，表明FT245AM的接收FIFO中已有USB主机发送的数据，此时外围MCU（CPLD）便可以通过外设数据总线读取数据。外设通过FT245AM读取USB主机数据的时序图如图2所示。当外设通过FT245AM写数据到USB主机时，如果FT245AM的管脚TXE为高电平，则表示FT245AM内部正忙，外围MCU（CPLD）不能向FT245AM的发送FIFO中写数据。而当外围MCU（CPLD）检测到TXE为低电平时，则表明FT245AM的发送FIFO空闲，外围MCU（CPLD）可以向FT245AM中写数据到USB主机。图3所示是外设通过FT245AM向USB主机发送数据的时序图。2 在ARINC429总线测试仪中应用ARINC429总线在航空领域有着广泛的使用，该总线采用差分数据传输方式，支持12.5kbps和100kbps两种传输速率。由于ARINC429总线设备的应用领域比较特殊，因此需要较高的可靠性，同时其测试设备也显得尤为重要。为了方便该总线设备的测试，摆脱专用测试设备的不灵活性，急需一种方便快捷的通信方式来实现计算机与该总线设备的互连，使该总线设备的测试可以在计算机中自动完成，从而提供测试设备的灵活性和通用性。因此，提出了基于USB总线的ARINC429总线测试仪。2.1 基于USB的ARINC429总线测试仪结构考虑到USB总线为自供电试，最大可驱动500mA电流，故ARINC429测试仪选取4路接收、2路发送的结构。当然，如果允许外接电源，还可以实现更多的收发路数，但这样会降低USB总线的方便性。由于ARINC429总线的传输速率最大为100kbps，而USB1.1的通信能力可达12Mbps。，考虑到协议的额外开销，一路USB总线同时完成2路ARINC429总线的发送和4路接收。为了提高ARINC429总线测试仪的实时性，可选用高速MCU控制USB接口芯片FT245AM，但MCU没有足够的I/O数，无法满足与ARINC429控制芯片连接的I/O管脚，因此，可选用CPLDEPM7128S来完成FT245AM的控制和数据传输。基于USB的ARINC429总线测试仪结构如图4所示。图5所示是FT245AM部分的外围电路。在谝测试仪电路中，EPM7128S用于完成ARINC429总线控制芯片DEI1016与USB控制芯片FT245AM的逻辑变换，以使USB主机可以实时发送数据到ARINC429总线设备，并实时接收设备返回的数据，以供主机中的测试软件进行记录和检测，从而满足设备故障的诊断和定位之需。 2.2 EPM7128S与FT245AM的接口实现EPM7128S与FT245AM的接口电路主要完成从FT245AM的接收FIFO中读数据和向FT245AM的发送FIFO中写数据。采用纯硬件实现方式可使FT245AM的接口延时和整个测试仪通信环节的延时达到最小。EPM7128S可与FT245AM共享工作时钟，它使用12条I/O与FT245AM相连，分别对应于FT245AM的D0D7、TXE、RXF、RD、WR等。对EPM7128S的编程可采用VerilogHDL语言，并采用Synplify综合，最后使用MAXPlus II进行布线和仿真。与FT245AM的接口设计代码如下：/-/产生FT245AM读信号always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset = =1b0)usb_rd=1b1；else if(usb_rxf= =1b1)usb_rd=1b1;else if(usb_rd= =1b0)usb_rd=1b1;else if(usb_rxf = = 1b0)&(usb_rden= =1b1)&（cnt= =2d0）)usb_rd=usb_rd;end/-/计数器，控制FT245AM读写时序always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset = =1b0)cnt=2d0;else if(cnt !=2d0)cnt=cnt+1b1;else if(usb_txe = =1b0)&(data_valid = =1b1)&(usb_rden= =1b0)ent=cnt+1b1;end/-/产生FT245AM写信号always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset= =1b0)usb_wr=1b0;elseusb_wr=(cnt= =2d1);end/-/读取USB主机数据always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset= =1b0)rx_data=8b00;else if(usb_rd = = 1b0)rxdata=usb_data;end/-/向USB主机写数据always(posedge clk or negedge reset)beginif(reset = =1b0)tx_data=8h00;else if(cnt0 = =1b1)tx_data=data_429;end/-/FT245Amgn EPM7128S的数据三态接口assign usb_data=(cnt1 = =1b1)?tx_data:8hzz;/-图5 FT245AM外围电路图3 结束语本文介绍了USB接口芯片FT245AM的原理和在航空ARINC429总线测试仪中的具体应用实例方法。笔者将EPM7128与FT245AM的接口逻辑在MAXplus II环境下进行了仿真，结果表明：使用该设计完全可满足实际要求，因此，使用USB通信接口的航空ARINC429总线测试仪，大大便利了429总线设备与计算机的通信，有效提高了429总线设备的检测效率。 USB1.1:CH375 有HOST和SLAVE两种方式，即可以当主机去控制别的USB设备，如U盘等，又可以被PC控制。 CH372 只有设备模式，不能控制别的USB设备 USB2.0: 内部不含单片机核的USB芯片：CY7C68001 CYPRESS FT245BM FTDI 内部含有单片机核的USB芯片：CY7C68013 CYPRESS 有3种（56针,100针,128针） USB OTG: CY7C67200、CY7C67300, 内含16位的RISC MCU，输出16位的数据。为全速的USB接口 TD1120 集成全速主机高速从机，TransDimension公司生产 GL824 没有下到DATASHEET，不过网上都有资料，应该是高速的 USB HUB: AT43301 一个上行4个下行，为USB1.1接口 GL850A 一个上行4个下行，为USB2.0接口 以下这些HUB是网上弄来的，还没有查过，有要用到的去查查看吧： Alcor Micro AU2916,AU9412 AtmEl AT43301,AT43311 FDTI FT8U2100AX Intel 8x930Hx,8x931Hx KC TecHnology KC82C160,KC82C169 Motorola MC141555,MC141556 PHilips PDIUSBH11,PDIUSBH12 Sola Electronics MSE9701,MSE9712 TI TUSB204613 USAR Systems UR3HCGNH Winbond W81C180,W82C620 PS:1、USB协议规USB通信遵守严格的主从模式，即必须是主从，不能主主或从从。（很多人都知道，但考虑设计的时候没有注意到） 2、USB HUB是USB设备，只能接USB主机，比如以上的OTG的芯片，不能接非USB主机的芯片，比如CY7C68013.但是HUB接主机芯片以后，该芯片直接确定为主机模式，不能再设为从机。转二主机控制器公司名称产品举例CMDUSB0670、USB0673CypressCY7C670xxIntel440BX AGP、440LX AGPLucentUSS-302MotorolaMPC850、MPC823OPTi82C861ScanLogicSL811H、SL11HSymbiosSYM60800TransDimensionUH1000集线器Alcor MicroAU2916,AU9412AtemlAT43301,AT43311FDTIFT8U2100AXIntel8x930Hx,8x931HxKC TechnologyKC82C160,KC82C169MotorolaMC141555,MC141556PhilipsPDIUSBH11,PDIUSBH12Sola ElectronicsMSE9701,MSE9712TITUSB204613USAR SystemsUR3HCGNHWinbondW81C180,W82C620USB接口器件AKMAK4170LucentUSS-820,USS-620MicrelMIC2550NationalUSBN9602NetChipNET2888,NET2890OKIMSM60851PhilipsPDUSBD11,PDUSBD12ScanLogicSL11,SL16ThesysTH6501,TH6503SipexSP5301USB控制器AMDAM186CC,AM186CUAnchorEZ-USBAtemlAT43USB321,AT43320CypressCY7C63xxx,CY7C64xxx,CY7C65xxxInfineonC161U,C167UTAH,C541UIntel8x930Ax,8x931AxKawasiki LSIUSB1,USB2,USB3MicrochipPIC16C745,PIC16C765MitsubishiM7532,M7536MotorolaMC68HC05JB3,MC68HC05JB4PhilipsP8xCx90,P8xCx95ScanLogicSL11RSTMicroeletronicsST7277,ST7271NTStandard MicrosystemsUSB97C100,USB97C102USB电源管理IMPIMP2525,IMP2526MicrelMIC2525,MIC2526,MIC2527MurataBLM21P221SGTITPS2014,TP2015UnitrodeUCC3831特殊功能USB器件HID接口器件Alcor MicroAU9412CMDUSB678KM2,USB678KM3Code Merc