用EZ－USB实现TMS320C6X与主机数据传输EZ－U

1、用EZUSB实现TMS320C6X与主机数据传输，EZUSB，TMS320C6X，数据传输    DSP主要应用于实时和大数据量的信号处理系统，当它与主机进行通信时，数据交换速度和接口的复杂度是系统的一个关键性能指标，因此迫切需要一种能满足高速、简洁要求的通信方式，通用串行总线USB以其高速和内置电源两个特性，对提高设备的性能、降低成本和系统小型化具有很大的实际意义，本系统采用高速DSP（TMS320C6713），配合嵌入USB2.0协议的芯片CY7C68013，实现小规模主从式系统中主机与DSP间的高速通信。经实际验证，系统运行DSP主要应用于实时和大

2、数据量的信号处理系统，当它与主机进行通信时，数据交换速度和接口的复杂度是系统的一个关键性能指标，因此迫切需要一种能满足高速、简洁要求的通信方式，通用串行总线USB以其高速和内置电源CY7C68013，实现小规模主从式系统中主机与DSP间的高速通信。经实际验证，系统运行可靠，是一种比较好的高速数据传输与处理的解决方案。1 USB控制芯片Cypress公司的EZUSB FX2系列芯片是最早符合USB2.0协议的微控制器之一。它集成了收发器（transceiver）、串行接口引擎（SIE），增强型的8051内核以及可编程的外围接口（GPIF），FX2系列芯片独特的结构使数据传输速度最高可达到56Mb

3、ps，最大程度地满足了USB2.0的带宽。CY7C68013的结构框图如图1所示。FX2的端点缓冲区分为大小两组：EP0、EP1（IN）、EP1（OUT）是小端点，大小为64字节，只能由CPU来存取，不能由外部逻辑连接；EP2、EP4、EP6、EP8是大的可配置的端点，EP2和EP4默认为OUT端点，EP6和EP8默认为IN端点。FX2为其大端点提供多种缓冲方式，满足了传输中高带宽的要求，传输过程中EZUSB    FX2从IN缓冲区中读取上传到主机的数据，在OUT缓冲区中写入供外部处理器读取的数据。它具备全速（12Mbps）和高速（480Mbps）两种

4、传输速率，并具有USB协议所规定的4种传输模式，即控制传输（control    mode）、中断传输（interrupt mode）、块传输（bulk mode）和等时传输（isochronous mode）。2 系统硬件构架2.1 USB与DSP的硬件连接系统中选用的数字信号处理器是TI公司发布的C6000浮点系列中的TMS320C6713，其峰值处理速度能达到1350MFLOPS（百万次浮点操作/s）。外设资源包括直接存储器访问控制器（DMA），外部存储器接口（EMIF）、串行口、扩展总线或主机口、定时器等。系统中利用其EMIF口，连接可编程逻辑芯

5、片CPLD来扩展USB控制接口。CY7C68013能非常灵活地实现与DSP或MCU的接口。当其作为主设备时，通用可编程接口（GPIF）具有可编程的波形描述符和配置寄存器，能够轻易地兼容绝大多数总线标准，当其作为从设备时，4KB的大容量FIFO用于数据缓冲，简化了接口的外部硬件设计，可采用同步或异步方式与主设备（如ASIC，DSP等）连接。在本方案中，使其作为从设备，选用了Slave FIFOs，异步读/写，在这种模式下，DSP可以像读/写普通FIFO一样对CY7C68013内部的多层缓冲FIFO进行读/写。主要信号连接如图2所示。主机（PC）发出命令的同时也由PA3提供中断触发信号给DSP的外

6、部中断引脚6（EXT_INT6）。其上升沿被检测到以后，DSP就进入相应中断服务程序，开始处理USB的传输，DSP通过CPLD对CY7C68013进行读写及使能控制，“或”组合逻辑满足严格的时序要求，FLAGB和FLAGC是CY7C68013内部FIFO的空、满状态标志，PA0：1表示PC发送的命令类型。这些信息在CPLD内部整合到数据总线ED0：15，DSP开始传输数据包前对其提取判断，TMS320C6713对CY7C68013内部端点（EP）的选择，是通过地址线TEA2：3来实现。2.2 系统总体结构设计根据上述硬件通信模式搭建基于PC、USB、DSP的主从式系统，当系统上电完成各模块固件

7、配置和硬件初始化后，可由PC发出控制命令，以外部信号触发DSP进入相应的中断处理程序，自动完成数据流USB下载、DSB处理和USB回传的多次循环过程；PC显示处理后的结果。系统总体结构框图如图3所示。DSP芯片通过片中的EMIF（包括4个存储空间CE0：3）为SDRAM，Flash等器件提供接口。SDRAM为同步存储器件，EMIF有专门的控制线和时钟与它进行无缝连接（CE0空间）。这里SDRAM用做数据存储器。对于C6000系列DSP，调试好的应用程序需要固化，以便系统上电时能自动加载运行。方案中采用Flash启动引导模式，位于EMIF异步接口CE1空间。复位电路提供系统上电和工作电压异常时的

8、自动复位及人工控制复位。时钟电路为DSP处理模块提供时钟信号。USB的接口电路提供PC与DSP的高速数据传输通道，接口芯片通过CPLD与外部处理器DSP相连，置于EMIF的CE2空间（通信模式如前所述）。3 通信模块软件设计Cypress公司为了简化和加速用户使用EZUSB FX2芯片进行USB外设的开发过程，特别设计了CY7C68013的开发板，并带有一个开发包，内含一个USB外设所必需的驱动程序、应用程序以及一个完整的固件程序的框架，这个框架可以执行EZUSB芯片的初始化，USB标准设备请求的处理和USB挂起电源管理服务；用户只需要提供一个USB描述符表，添加其他端点接受和发送数据的通信代

9、码，以及控制外围电路的程序代码即可。3.1 CY7C68013的固件程序规划固件程序框架通过几个不同的功能模块，实现了一个简单的互操作任务执行器，首先，通过调用用户的初始化函数TD_Init（），初始化所有内部状态变量，之后，程序框架将USB口初始化为未配置状态，并且使能中断，以1s为时间间隔开始重新列举（renumerate）设备，直到端点0收到设置包为止，一旦检测端点0受多一个设置包，固件框架程序就启动执行一个互操作的任务分配器，按照给定的顺序重复执行下面的任务：调用函数TD_Poll（），判断是否有标准设备请求等待处理，确定USB核是否报告了USB挂起事件。主要固件配置如下：1）配置异步

10、从FIFO（Asynchronous Slave FIFO）模式，接口驱动采用内部的48M赫兹的时钟源。2）EndPoint4和EndPoint8作为双向传输的管道，分别对应缓冲FIFO4和FIFO8存放USB需要接收与下传的数据，它们均采用批量（BULK）传输方式，相对于其他USB2.0定义的传输方式具有数据可靠、传输速率高等特点，是最常用的传输方式。3）设置FIFO4、FIFO8为自动方式，即在数据传输过程中无需CY7C68013的8051内核参与，以保证持续、高速、有效的数据传输。EZUSB FX2芯片定义了几个特殊寄存器，以辅助固件程序相应设备请求，并向主机传送数据，当设备收到设置包时

11、，USB核会自动将设置数据放入8字节的SETUPBUF缓冲区中，用户只须从中读取设置数据，进行分析来判断请求的类型即可。方案中部分设备请求代码如下：读取缓冲区中第2字节由PA0：1发送至DSP，作为命令类型标志（00为下传，01为上传，10为处理）；同时PA3口提供外部中断触发信号的上升沿。固件就绪后通过Cypress公司提供的工具Control Panel加载至EEPROM中，当需要修改固件时，就可以在不改动硬件的情况下将主机上修改好的固件重新下载一次。3.2 上位机流程主机应用程序与操作系统相互作用，利用PC丰富的资源，实现显示验证，提高系统的可操作性，当操作系统认为有新设备接入时，就会自

12、动调用相应的设备驱动。另外，该软件需要一个图形用户界面来控制所用的函数，这里采用VC6.0来编制应用程序，首先调用CreateFile（）打开USB接口设备，获得设备的句柄hDevice，然后计算机通过调用DeviceIoControl（）函数向外设发出。部分程序如下：myRequest的8个成员变量对应固件配置SETUPBUF缓冲区中8字节的（SETUPDAT）数据，其中value的值表示了主机向DSP发送的命令类型（00/01/10），使DSP配合完成接收，处理及上传的系统过程。每次调用DeviceIoControl函数传输的数据量仅为1KB。为了满足大数据量或者整帧图像数据传输的要求，需要循环调用DeviceIoControl（）函数，以下载数据流的过程为例，循环体中的代码如下：buffer是主机发出数据块的头指针；pBy为每次下传数据块的首地址，是随着循环变量i递增的值。同样，上传数据的过程中也有类似的存储操作。4 系统测试利用图像序列对此主从式联机系统进行测试。触发PC机上的界面控件（PA（0：1）00），下载10幅经不同程序噪声污染的同一内容的图像，DSP检测到通用外部中断口EXT_INT6的信号（对应USB芯片的PA3）读入数据读取命令类型，将10帧图像数据存入SDRAM空间，之后，上