基于TMS320VC54X的USB2.0硬件接口设计

　　USB总线具有传输速度高、热插拔、即插即用等特点，深受广大用户青睐，但由于USB通信协议和开发手段的复杂性，给研究人员的开发应用增加了一定的难度。CYPRESS公司生产的CY7C68001通用USB2.0接口控制器是基于应用层编程的接口器件，相对于其它基于链路层编程的接口器件，使用简单，开发方便。因此我们在深入研究CY7C68001的特点的基础上，对TMS320VC54X进行USB功能接口设计。

　　1　 USB测控系统框图

　　测控系统的框图如图1所示。

　　2　CY7C68001的主要特点

　　CY7C68001符合USB2.0规范;支持高速(480Mbps)或全速(12Mbps)USB数据传输;4个可编程端点共享4KB的FIFO，每个端点对应的FIFO空间大小及FIFO状态可编程;8/16位双向命令接口、配置灵活(同步/异步可配置，状态引脚、读写引脚以及极性可编程)，数据I/O口可与DSP、FPGA或其它ASIC同步/异步通信;智能SIE功能(可在不借助微处理器中断的前提下完成枚举);集成的锁相环功能;I/O口为3.3VTTL电平，可承受5V电压。

　　3　TMS320VC54X与CY7C68001的异步接口

　　接口框图如图2所示，CY7C68001相关引脚说明如下： ：表明CY7C68001有中断事件发生，或反映对于CY7C68001的读操作结束;READY：通知TMS320VC54X可以对CY7C68001读写;FLAGA、FLAGB、FLAGC：报告由FIFOADR[2:0]选择的FIFO状态，默认分别对应为FIFO自定义、满、空状态;FLAGD/ ：FIFO状态/片选可选，默认为片选信号;SLOE：CY7C68001驱动并行数据总线，常与SLRD短接;SLRD：并口读有效信号，在SLRD有效且同步通信时，FIFO指针在每个IFCLK的上升沿递增;SLWR：并口写有效信号，在SLRD有效且同步通信时，FIFO指针在每个IFCLK的上升沿递增;PKTEND：总是高电平，将当前的缓冲区提交给上位机USB;FD[15:0]：数据总线;FIFOADR[2:0]：提供给与TMS320VC54X接口的FIFO地址选择。

　　4　CY7C68001主要寄存器说明

　　命令接口寄存器：命令字的格式如表1所示：

　　A/D对应地址/数据，0 表示本次操作为数据读或写，1 表示本次操作为地址写 。 R/W表读/写操作选择，0 写操作，1 读操作。A[5:0] 地址/数据，当A/D=0时，A[3:0]为数据半字节，A[5:4]未用。命令字为8位，命令字数据分两次读出或写入 ，对于每个字节而言，先读写高4位，后低4位。当A/D=1时，A[5:0]为将要寻址的命令寄存器地址。

　　端点配置寄存器(EPXCFG)：对USB端点类型、方向和大小进行配置。端点2、4、6和8共享8X512byte的RAM，通过配置，端点2、6分别享有2、3或4个512byte大小的缓冲区，端点4、8最大只能配置成两个缓冲区。本文使用默认端点配置(每个端点对应512B*2缓冲的Bulk配置)。EPXPKTLENH/L：端点缓冲区大小寄存器。FLAGSAB/FLAGSCD：FIFO引脚标志分配寄存器。EPXPFH/L：确定每一端点对应FIFO标志大小的寄存器。

　　5　CY7C68001提供给DSP两种软件接口

　　(1)FIFO接口：CY7C68001内部4Kbyte的RAM(8个512byte块)通过编程，分配给EP2、EP4、EP6和EP8直接作为FIFO。

　　(2)命令接口：用于设置CY7C68001、读状态、加载描述符和访问端点0 。

　　DSP通过对CY7C68001地址线FIFOADR[2:0]的访问完成上述两种接口，地址分配如表2：

　　6　DSP与CY7C68001的通信

　　本部分包括DSP自身初始化、DSP对CY7C768001初始化、DSP协助HOST计算机枚举CY7C68001、中断处理以及对CY7C68001的各状态监控。由于本文使用CY7C68001默认的描述符信息，所以在枚举时只要提供厂商、产品及设备代码(VD、PD、DD)即可，如果把这部分代码烧写到符合I2总线接口的EEPROM，并连接到CY7C68001的SCL、SDA引脚，USB枚举时，在SIE作用下，可以自动完成枚举。在DSP初始化中对I/O口等待状态寄存器设置为7，以适应同CY7C68001的数据交换。

　　CY7C68001的初始化：CY7C68001的初始化是通过对它的一系列寄存器进行设置完成的。CY7C68001的地址FIFOADR[2:0]为100时，选中CY7C68001的命令接口。通过CY7C68001的命令接口，可以访问37个寄存器、端点零缓冲器(64个字节FIFO)和描述表(500bytes的FIFO)。对于这些寄存器、缓冲器和描述表的读写操作，根据上面的论述要分两步进行，即在READY有效时，先向命令口写入要寻址寄存器的子地址和操作类型(读或写)，之后，在READY再次有效时分两次读写命令口，即可读写一个字节的数据。相应读写时序(图3、图4)及代码如下：

　　void WriteRegister (BYTE r, BYTE d) //寄存器号r,要写入的数据d

　　{

　　low_level_command_write (0x04, (r " 0x80)); // bit7 = 1, bit6 = 0，写请求

　　low_level_command_write (0x04, (d & 0xF0) >> 4); //写数据的高四位

　　low_level_command_write (0x04, (d & 0x0F)); //写数据的低四位

　　}

　　BYTE ReadRegister (BYTE r) //寄存器号r

　　{

　　BYTE d; //临时变量d

　　read_interrupt = TRUE;

　　low_level_command_write (0x04, (r | 0x80 |

　　0x40)); 　//读请求, bit7 = 1, bit6 = 1

　　while (read_interrupt) //等待 SX2 有数据

　　d = low_level_command_read (0x04);//读数据

　　return (d);

　　}

　　FIFO标志的获取：FLAGA-FLAGC的高低电平反映由FIFOADR[2:0]所选取的FIFO状态，FIFO标志所代表的信息可以通过对FLAGSAB/FLAGSCD寄存器进行编程配置，对FLAGX的获取可以通过硬件中断裁决，也可以通过对相应状态寄存器的查询裁决，本文对FLAGA、FLAGB通过硬件中断裁决，对FLAGC通过状态寄存器的软件查询裁决。

　　有关中断：CY7C68001有6个中断源，可以分别通过对中断使能寄存器的各位进行设置，一旦中断事件发生，CY7C68001的引脚就被置低，并且置中断使能寄存器的相应位(即中断使能寄存器同时充当中断标志寄存器，中断使能寄存器具有读写属性)。当中断发生时，中断标志寄存器的状态字映射到FD[7:0]，所以中断发生后，DSP对CY7C68001简单的一次读操作即可获取中断信息，识别中断源并进行相应处理。相对于中断标志寄存器的读操作，其它对CY7C68001寄存器的读操作通常要先发送一次读请求，并且收到READY响应后，才可以读取数据。

　　7　USB固件程序的组织

　　本设计主程序流程如图5所示：

　　8结束语

　　在设计开发中，DSP固件程序的组织应综合考虑以中断方式工作的USB通信部分和以查询方式工作的DSP数据采集、控制部分。由于以中断方式工作的USB通信程序随时都可能打断以查询方式工作的DSP数据采集、控制程序，造成数据丢失，相位紊乱，我们采用CPLD进行AD、DA逻辑控制，并运用FIFO数据缓冲机制，减小了DSP压力，取得了良好的效果。

　　本设计中，TMS320VC5402与CY7C68001接口之间采用异步信息交换。该方案对于使用其它微处理器开发基于CY7C68001的USB2.0接口，或在微处理器与CY7C68001之间采用同步信息交换也有良好的借鉴作用。