EZ-USB接口设备的软配置技术

1、EZ-USB接口设备的软配置技术    摘要：介绍EZ-USB器件的基本特性和EZ-USB接口设备的开发方法，结合具体设计示例重点讨论EZ-USB接口设备的软配置方式和固件装载技术。     关键词：EZ-USB 软配置 固件装载引 言EZ-USB是Cypress公司带智能内核的USB接口器件，集USB通信控制引擎和改进的8051内核于一体，具有全速度、全序列、易开发及软配置等特点，是设计USB设备的首选器件。EZ-USB的串行接口引擎能自动完成主要USB协议处理，简化了设备固件设计。但其软配置与枚举涉及到Windows编程

2、、Windows PnP技术以及Windows DDK工具、INF文件和注册表的使用等问题，因此EZ-USB接口设备的软配置方式和固件装载技术是开发EZ-USB接口设备的关键问题。1 EZ-USB处理器EZ-USB的串行接口引擎能自动完成数据收发控制、位填充、数据编码、CRC校验、PID包解码等USB协议处理。EZ-USB在连接时自动进行枚举，建立默认的EZ-USB设备。首次枚举成功后，还可以通过软配置由8051内核重新枚举建立用户定制的设备。内置的8051处理器，相对标准的8051处理器进行了改进。以AN2131QC为例，主要有以下改进方面：独立的地址总线和数据总线，总线周期为4个时钟，平均

3、运行速度提高了近3倍；双数据指针和自动指针提高了数据交换效率；扩展的中断系统支持13个中断源，并支持自动中断向量；1个I2C接口以及2个UART接口，24个可配置I/O端口；可变周期的MOVX 指令可以适合高低速存储器芯片的接口；3个16位内置定时/计数器、256字节内部寄存器RAM；芯片内部集成有8KB外部RAM，8051内核要用MOVX指令访问此RAM区。2 EZ-USB软配置特性    2.1 软配置特性软配置特性是EZ-USB最重要的特性。软配置特性允许设备无限制的升级或再配置。EZ-USB片内集成的外部RAM可用于装载固件。当设备与主机连接时，固件从主机

4、装载到这里执行，而不是固化在ROM中。因此，装载不同的固件设备就呈现出不同的特性，如设备配置、有效端点、工作方式、设备功能等都可以通过改变固件进行再配置，达到软配置目的，这就是EZ-USB的软配置特性。    2.2 配置方式软配置可采用两种方式实现：自动配置和命令配置。自动配置是指当设备连接时，固件由专门的装载驱动程序自动装载到设备。这种方式下固件要捆绑在装载驱动程序之中，固件与装载驱动程序之间一一对应，固件修改时要重新生成并重新安装装载驱动程序，固件装载后要重新枚举，以建立定制的USB设备，如果不重新枚举主机会找不到设备。命令配置是指在应用程序中通过命令操作将

5、固件装载到设备。这种方式不需要专用的装载驱动程序，可在任何时刻装载任意固件。固件装载后可以不用重枚举操作，由EZ-USB内核响应主机请求，可以简化固件设计。采用命令配置方式时，在应用程序中要编写固件装载代码。固件装载代码主要完成下列操作：从Intel Hex格式文件中提取出有效的固件代码；向EZ-USB请求复位8051内核；向EZ-USB请求固件下载，固件下传至EZ-USB的内部RAM；向EZ-USB请求8051内核脱离复位状态； 对EZ-USB外设接口和交替功能进行设置。3 EZ-USB接口设备开发方法USB设备开发的一般步骤和内容如图1所示。其中面向设备的固件主要包括设备描述符信息、设备功

6、能代码和通信控制功能代码。设备描述信息描述USB设备的一般特性和配置，如设备类别、接口配置、VID和PID等。主机在设备枚举时要获取USB设备的描述符，从而获得设备的配置信息和相关驱动信息。用户可以通过修改固件中的描述符来改变设备的特性。设备功能代码由设备的功能需求决定。通信控制功能代码执行主机请求分析处理和数据交换处理功能。设备驱动程序提供用户访问设备的接口。开发系统提供厂家的通用设备驱动程序。用户也可以用相关驱动程序开发工具自己定制。自己定制的设备驱动程序要求符合WDM驱动程序规范。若采用自动配置方式，EZ-USB开发系统提供了装载驱动程序开发模板，利用模板开发较简单。采用命令配置方式则要

7、用户在应用程序中编写固件装载代码。驱动程序一般通过INF文件来安装，INF文件把设备的VID和PID绑定到设备驱动程序上，指定存放驱动程序的路径，提供有关驱动程序的注册和显示信息。因此，Windows检测到EZ-USB设备连接时，能根据注册表自动将设备驱动程序装入系统环境。4 设计举例作者利用AN2131QC开发了一个通用的EZ-USB接口模块。此通用模块的软硬件资源全部开放，并配置有测试驱动程序和固件示例。使用此通用模块如同使用一片IC芯片，对设备的描述信息和INF文件稍作修改，并添加设备功能代码，即可构成一台专用的EZ-USB接口设备。    4.1 固件设计

8、通用EZ-USB模块的固件包括描述符表和USB通信测试程序。描述符表是一组符合USB规范及描述设备特性的结构化信息，赋予其中变量不同的值，设备就呈现出不同的特性。在设备连接时，主机要请求设备提供描述符表，因此描述符表是固件的一部分。本通用模块中定义了5种描述符表，表1所列是各描述符的主要参数。表1 通用EZ-USB接口模块描述符及主要参数描述符名称描述符参数设备描述符版本：0x0001。包大小：0x40。VID：0x0547。PID：0x1011。配置号：0x01配置描述符接口数：0x01。配置值：0x01。属性参数：0x80。最大功耗：0x32(100mA）接口描述符表接口索引：0x00,交

9、替设置：0x01。端点数：0x02端点描述符表0端点地址：0x82(端点2，输入)。端点类型：BULK。最大包长度：0x0040端点描述符表1端点地址：0x02（端点2，输出）。端点类型：BULK。最大包长度：0x0040此通用模块中的固件仅用于EZ-USB通信测试、设备驱动和固件装载演示。通过实验发现固件设计有两点值得注意。 采用ezusb.sys通用驱动程序时，主机要用查询方式接收从设备来的数据。若主机接收不到设备上传的数据时会长时间等待，甚至会死机。在本文的设计中，解决此问题的方法是数据上传和下传操作成对发生。主机每次下传一个数据包时，设备就上传一个数据包。此时如果设备有数据上传就将数据

10、置入上传数据包中，否则返回一个空包。 初始化时应清空一次相应的端点缓冲区，否则有时会出现第一次传输出错的现象，原因可能是复位不充分或者内部RAM掉电延时。在实际中发现，设备掉电相当长一段时间，EZ-USB的RAM中数据仍然保持。4.2 生成设备驱动程序可以直接用厂家提供的通用设备驱动程序来驱动设备。但通用设备驱动程序只能执行一些标准的USB设备请求和数据传输，而且只支持查询方式与设备通信。如果不能满足用户需要，用户可以在模板的基础上进行扩充，重新用WDM DDK生成驱动程序。通用模块中采用了通用驱动程序Ezusb.sys。采用查询方式，并且使上传和下传对应出现，实时性较好，能满足一般设备要求。

11、    4.3 生成装载驱动程序采用自动配置方式时，可根据EZ-USB开发系统提供的模板生成固件装载驱动程序。通用模块中固件装载采用命令配置方式。其操作流程如图2所示，其中主要定义了以下4个函数以完成固件装载。Read_Intel_Hex() 从Intel格式的Hex文件中读出固件代码到缓冲区。Hex_To_Bin() 移去Intel格式的Hex文件中格式描述部分，转换为纯固件代码。Download_Bin() EZ-USB8051内核复位、固件装载到设备、8051内核解复位并运行固件。装载固件前要使EZ-USB8051内核进入复位状态，然后装载固件，装载结束后使EZ-USB脱离复位状态开始运行固件。三种操作共用一个函数，用传递不同的参数进行区别。Set_InterFaceAlt()设置EZ-USB接口号和交替功能值，建立通信管道。    4.4 安装驱动程序驱动程序必须正确装入Windows环境之后，才能起作用。编辑INF文件，使首次枚举设备的VID和PID绑定到固件装载驱动程序，使重枚举后设备的VID和PID绑定到设备驱动程序。设置驱动程序的路径为 C:，设置显示的驱动程序字符串信息。重新启动系统，按提示信息完成安装过程。    4.5 应用程序与设备接口通用EZ