基于CY7C68013的高速数据传输系统的设计

摘 要： 采用Cypress公司的CY7C68013芯片设计了通用的USB接口，结合MAX7128的串/并/串转换和光纤收发系统，实现数据的高速传输。介绍了系统的软硬件结构， 详细介绍了固件设计和WDM驱动程序的结构、特性、工作机制、软件流程及与USB设备通信的方法。测试表明，该系统达到了预期的设计目标和实用要求。

USB控制器是以USB串口引擎为主的专用集成电路，并可延伸至对其进行管理的MCU以及相应的软硬件。目前市场上供应的USB控制器主要有2种：带USB接口的单片机(MCU)或纯粹的USB接口芯片。带USB接口的单片机可分为2类：一类是从底层设计专用于USB控制的单片机，如Cypress公司的CY7C63513、CY7C64013等[1]，由于开发工具的专用性，往往应用于各种专业应用场合，如微机主板等[2-4]；另一类是增加了USB接口的普通单片机，如INTEL公司的8X931、8X930以及Cypress公司的EZ-USB，由于均基于8051内核，因而得到了广泛应用。

1 CY7C68013与系统结构简介

Cypress公司的CY7C68013芯片是集成USB2.0协议的微处理器，支持12 Mb/s的全速传输和480 Mb/s的高速传输，具有控制传输、中断传输、块传输和同步传输4种传输方式，内部包括一个增强型8051处理器内核、一个串行接口引擎（SIE）、一个USB收发器、8.5 KB片上RAM和4 KB FIFO存储器以及一个通用可编程接口(GPIF)。8051可工作在48 MHz/24 MHz/12 MHz时钟频率，内部可自动产生480 MHz的频率供USB2.0串行收发引擎使用。由于数据缓冲器与SIE相连接，数据进入收发器后，通过SIE可直接转向FIFO，通过8 bit或16 bit数据接口与外设连接，存取数据。微控制器不参与数据传输，但允许以FIFO或RAM的方式访问这些共享FIFO，从而实现低速控制、高速传输。CY7C68013有GPIF/SLAVE FIFO/GPIO 3种接口模式，本系统采用Slave FIFO接口模式，选用控制传输和块传输2种方式，外部控制器可像普通FIFO一样对FIFO进行读写。

本数据传输系统分为3部分：发送端和接收端、CY7C68013控制器、具有并/串(或串并转换)功能的CPLD芯片（MAX7128）以及光纤传输模块。其中，CY7C68013和MAX7128之间采用并行连接方式，MAX7128与激光发送（接收）模块间是串行连接，如图1(a)所示。

图1(a)中，主机将数据发送到CY7C68013端点FIFO缓冲器中，然后CY7C68013将端点FIFO中的数据分字节放到一组I/O口上，并且使能读信号，MAX7128读取I/O上的逻辑值，当接收512 B后，MAX7128将这512 B的数据从低到高串行发送给激光发送模块；数据经过光纤传输，进入激光接收模块，输出串行信号，通过MAX7128实现串并转换，数据宽度为8 bit，通过CY7C68013的从属FIFO的写入时序即可将数据写入CY7C68013的端点缓冲器中。

USB数据传输接口开发分为4个层次，接口硬件、接口软件、驱动和应用程序如图1(b)所示。

2 固件程序设计

由于高速数据传输不需要固件程序参与，固件程序仅仅处理主机的发送请求。在发送端，固件将数据放置到I/O口上供MAX7128读取；在接收端，MAX7128完成串并转换后，将数据用特定时序写入CY7C68013。此时只需设定寄存器，固件程序相对简单，图2为发送和接收固件程序流程。

CY7C68013芯片固件程序负责处理主（从）机发送来的各种请求，以完成与外围电路间的各种数据传输。本系统固件一共包含九个程序文件，其中的头文件分别定义了CY7C68013中的寄存器名和特殊功能寄存器、通用的CY7C68013常量、数据类型和宏、特殊功能寄存器所需要的同步延迟宏、用来描述CY7C68013状态的各种USB描述符、INT2和INT4中断跳转表等。主函数负责处理标准USB请求和自定义请求，控制整个硬件系统的运行。接收端固件主循环不用做任何操作，与发送端程序流程图完全相同。其固件运行的主程序清单如下，负责处理主机发出的各种USB请求。

来源：维库开发网