（计算机软件与理论专业论文）基于ezusb68013a的设备固件程序和wdm驱动技术研究.pdf

ab s t r a c t wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y , t h e r e q u i re m e n t s f o r p e r i p h e r a l i n t e r f a c e t e c h n o l o g y a re e n h a n c e d . s i n c e u s b h a s m a n y r e m a r k a b l e v i rt u e s , i t s s u p e r i o r i t y i n c o m p u t e r p e r ip h e r a l i n t e r f a c e w i l l b e e v e n o b v i o u s . t o s i m p l i f y t h e d e s i g n o f u s b i n t e r f a c e a n d p o p u la r iz e t h is i n t e r f a c e t e c h n i q u e , e a c h m a n u f a c t u r e r b r i n g s o u t t h e ir d i ff e re n t s e r i e s o f c h i p s . a c c o r d i n g t o t h e w h o l e m a t c h re s o u r c e s s u p p l i e d , w e s h o u l d f ir s t t h i n k a b o u t t h e s e r ie s o f e z - u s b c h i p s m a d e b y c y p re s s s e m i c o n d u c t o r c o r p o r a t i o n . e z - u s b f x 2 a n d f x 2 l p ( i n c l u d i n g e z - u s b 6 8 0 1 3 a ) c h i p s m e n t i o n e d in t h i s p a p e r h a v e b e c o m e t h e m a i n s tr e a m in t o d a y s u s b 2 .0 i n t e r f a c e d e v e l 叩m e n t . b y p re s e n t i n g t h e o ry a n d p r a c t i c i n g , t h e a u t h o r h a s s t u d i e d t h e d e s i g n a n d d e v e l o p m e n t m e t h o d s o f d e v i c e d r i v e r f o r e z - u s b 6 8 0 1 3 a c h i p , a n d a n a ly z e d t h e t h e o r ie s , a r c h i t e c t u r e , a n d d e v e l o p m e n t p o i n t s a b o u t wi n d o w s wd m m o d e l f o r u s b d r i v e r s . th e ma i n c on tri b u t i o n s a r e a s f o l l o ws : 1 . b a s e d o n i n t r o d u c t i o n o f e z - u s b c h ip s a r c h it e c t u r e , c h a r a c t e r i s t i c s a n d s o f t/ h a r d t o o l s n e e d e d , c o m b i n i n g w i t h t h e r e a l d e v e l o p m e n t p r a c t i c e o f e z - u s b 6 8 0 1 3 a , t h e a u t h o r w i l l e x p l a i n h o w t o b u i ld t h e d e v e l o p m e n t p la t f o r m a n d c r e a t e t h e l i b r a ry f i l e s n e e d e d i n o n e s s o f t w a r e e n v ir o n m e n t . 2 . i n t h i s p a p e r , a d e s ig n i d e a c a l l e d t o l o a d d r iv e r s a u t o m a t ic a l l y b a s e d o n re n u m e r a t i o n i s i n tr o d u c e d i n t h i s p a p e r . a c c o r d i n g t o t h i s m e t h o d , a f i r m w a re l o a d e r d r i v e r a n d a n i n s t a l l a t i o n i n f o r m a t i o n f i l e w il l b e d e s i g n e d f o r e z - u s b 6 8 0 1 3 a . a n d t h e n , t h e re a l in s t a l l a t i o n p r o c e s s i s e l a b o r a t e d . 3 . t h e c o r r e c t n e s s o f d r i v e r d e v e l o p m e n t f o r 6 8 0 1 3 a as a w h o l e w i l l b e t e s t e d . a n d f o r 6 8 0 1 3 a , i t s p a r a m e t e r s w i l l b e c h e c k e d a n d it s o p e r a t in g c o n d it i o n w i l l b e t r a r lr r r i 4 . b a s e d o n o u r d e v e l o p m e n t p r a c t i c e , t h i s p a p e r w i l l d i s c u s s t h e d e s i g n p o i n t s f o r m a in r o u t i n e s i n e z - u s b d e v i c e d r i v e r s , a n d h o w t o p r o g r a m t h e i n t e r f a c e b e t w e e n d e v i c e d ri v e r a n d t h e c l i e n t a p p l i c a t i o n . 5 . b y a n a ly z i n g t h e h i e r a r c h i c a l a r c h i t e c t u r e o f wd m, t h e a u t h o r w i l l e x p l a i n t h e wd m a r c h i t e c t u r e f o r u s b d r i v e r s a n d t h e a c c e s s p r i n c i p l e s o f u s b d e v ic e s . g o d e e p i n t o t h e s e p r i n c i p l e s a n d m e t h o d s , o n e w i l l f i n d t h a t i t i s v e ry u s e f u l f o r d e v e l o p i n g u s b d r i v e r s i n wi n d o w s s y s t e m . k e y wo r d s e z - us b f i r mw a re : d r i v e r wd m 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 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选择配置信息等) 。 这就确 保了主 机以 正确的方式访问 u s b设备。设置完成后， u s b设备就可在系 统中使 用了， 实现了即 插即 用。 从u s b协议的角度来分 析， u s b设备可 分为以下两 类: .网 络集线 器:为u s b提供更多的连 接点。 .功能器 件:为系统 提供特定的 功能， 如 i s d n的 连接设备、鼠 标、键盘 以 及本文将要阐述的e z- u s b 6 8 0 1 3 a等具体设备。 有关 u s b设备的详细介绍见 1 . 1 . 4 节。 . 3 u s b主机系统设置 由于 u s b设备可随时安装和拆卸，因此系统软件在物理的总线布局上必须 支持这种动态变化。 1 . u s b设备的安装 所有的 u s b设备都是通过端口接在 u s b上，网络集线器知道这些指定的 u s b设备， 集线器有一个状态指 示器， 指明在其某个端口 上u s b设备是否被安 装或拆卸了 ，主机将所有的集线器 排成队 列，以 取回 其状态指示。在u s b设备 安装后，主机通过设备控制 通道 激活该端口， 并以 预设的地址值给u s b 设备。 主机对每个设备指定唯一的u s b 地址， 并检测这 种新装的u s b设备是集线 器还是功能部件。 主机为 u s b设备建立了控制通道， 可使用指定的u s b的地址 和零号端口。 如果安装的 u s b设备是集线器， 并且 u s b设备连在其端口上， 则上述过程 第一章绪论 对每个u s b设备的安装都要做一 遍。 如果安装的设备是功能部件，则主机中 关于该设备的软 件将因设备的连接 而被引发。 2 . u s b 设备的 拆卸 当u s b 设备 从集线器的 端口 拆除后， 集线器关闭该端口，并 且主机报告该 设备己 不存在， 则u s b的 系统软件将准确进行处理。 如果去除u s b设备上的集 线器， 则 u s b的 系统软件将对集线器反连在 其上的 所有设 备进行处理。 3 .总线标号 总线标号就是对连接在总线上的设备指定唯一的地址的一种动作。因为 u s b允许 u s b设备在任何时刻从 u s b上安装或拆卸，所以总线标号是 u s b的 系统软件始终要做的动作，而且总线标号还包括对拆除设备的检测和处理。 1 . 4 u s b设备 u s b设备分为诸如集线器、分配器或文本设备等种类。 集线器类指的是一 种提供u s b连接点的设备， u s b设备需要提供自检和属性设置的信息，且必须 在任何时刻执行与所定义u s b设备的状态相一致的动态。 1 .设备特性 当设备被连接、编号后，该 设备就拥有一个唯一的u s b 地址。设备就是通 过该u s b 地址被操作的， 每一个u s b设备通过一 个或多 个通道与主机通信。 所 有u s b设备必须 在零号端口上 有一指定的 通道， 每个u s b设备的u s b控制通 道将与 之相连。 通过此控制通道， 所有的u s b 设备都列入一 个共同的准入机制， 以获得控制操作的信息。 在零号端口 上， 控制通 道中 信息应完整地描述u s b设备。 此类信息主要有 以下几类: .标准信息。这类信息是对所有 u s b设备共性的定义，包括厂商识别、设 备种 类、电 源管理等项目. 设备 设置、 接口 及终端的 描述在 此给出 。 .类别信息。此类信息 给出了 不同u s b设备的定 义， 主要反映其不同点。 o u s b厂商信息。 u s b 设备的厂商可自由 地提供各种 有关 信息，其格式不 受该规范制约。 此外，每 个u s b 设备均提供u s b的 控制和状态信息。 2 .设各描述 第一章绪论 u s b设 备主要分为两类:集线器类和功能部件。只有集线器可以提供更多 的u s b的连 接点， 而功能部件则为主机提供了 具体的功能。 1 .集线器 在即插即用的u s b 结果体系中， 集线器是一种重要设备。从用户的角度出 发，集线器极大 地简 化了u s b的 互连复 杂性， 而且以 很低的价格和高易用性为 设备提供了可靠的连接。 集线器串 接 在中 继器上， 可让不同 性质的 设备连接在u s b上，其连接点 称 作端口。 每个集线器将一个连接点转化成许多 连接点， 并且该体系结 构支持多 个集线器的 连接。 每个集线器的上游端口向 主机方向进 行连接。每个集线器的 下游端口允许连接另外的集线器或功能部件。 2 .功能部件 功能部件是 一种通过总线进行发 送、 接收数据和控制信息的u s b设备， 可 通过一根电 缆连接在集线器的某个端口 上。 功能 设备一 般是一种相互无关的 外 设。每个功能设备都包含设置信息，用以描述该设备的性能和所需资源。主机 要 在功能设备使 用前对其进行设置， 设置信息包括u s b带宽分 配和选择设备的 设置信息等。 . 5 us b方 向 前面已经 提及， u s b系统仅有一个支配者，那就是主 机。 u s b设备 将会 等 待主 机的请求而 加以 响应。由 于主机总是总线主控者， 这样很容易记得u s b 方 向: o u t是指 从主机到设备， 而in是指从设备到主机。 本文 所介绍的e z - u s b 设 备的术 语采用这个约定。 例如， 一个端点发送数据到 主机， 则定义为in端点; 相应地，e z - u s b设备会从主机 o u t端点接收数据。 第二节u s b 驱动程序 目前 对于诸如u s b鼠 标、 键盘 等这样的 计算机标准外设， wi n d o w s 系统已 经提供了 标准的 驱动程序，用户无需再进行任何开发 工作。 而开发 专用u s b设 备，需要开发专用的驱动程序。 w i n d o w s 2 0 0 0 / x p 操作系统 不允许 用户直接访问 硬件设备。 为了实 现对硬件 第一章绪论 设备的访问和控制，必须通过操作系统所认可的驱动程序对硬件设备实现间接 访问和控制。驱动程序通常被认为是操作系统的组成部分，所以，开发驱动程 序有严格的规范。 u s b 设备驱动程序必须符合m i c r o s o ft 为w i n d o w s 9 8 及其后版本所定 义的 w i n 3 2 驱动程序模型 ( wi n 3 2 d r i v e r m o d e l , wd m) 规格。这些驱动程序 称为 w d m驱 动程序，扩展名为. s y s . 对于u s b 设备来说， 其w d m驱动程序分为u s b 底层 ( 总线) 驱动程 序和 u s b功能 ( 设备) 驱 动程序. u s b驱动程序 符合w i n d o w s 的内 核模式驱动程 序的 分层体系结构，如图 1 . 3 所示: 图1 . 3 v v d m型的u s b驱动程序体系结构 u s b底层驱动程序由 操作系统提供， 负责与实际的硬件打交道，实现烦琐 的 底层通信。 u s b 功能驱动程序由 设备开 发者编写， 不对实际 的硬件进行操作， 而是通过向u s b 底层驱动程序发送包含u r b ( u s b r e q u e s t b l o c k ， 请求块) 的 i r p ( v 0请求包) ，来实 现对 u s b设备 信息的 发送和接收。 采用这种分层驱动 程序的 设计方法 有两 个优点: ( 1 ) 多 个u s b设备可以通过u s b 底层驱动程序来 协调它们的 工作。 ( 2 )编写分层驱动程序较之编写单一驱动程序相对简单，且 可以节省内存和资源，不易出错。 u s b驱 动程序工作简述如下:当 应用程序想对u s b设 备进行v 0操作，它 需调用 w i n d o w s a p i 函数，v 0管理器 将此请求构造成一个合适的v 0请求包 ( i r p )并 把它传递给 u s b设备 驱动程 序。 u s b设备驱动 程序接收到这 个 i r p 后， 根据 i p r中包含的具体操作代码构造相应 u s b请求块 ( u r b) ， 并把此 u r b 放到一个新的i r p中，然后把它传递给 u s b总线驱动程序。 u s b总线驱动程序 第一章绪论 根据 】 r p中所含的 u r b执行相应的操作，并把操作的结果返回给 u s b设备驱 动程序。u s b设备驱动程序接收到此返回的 i r p后，将操作结果通过 】 r p返还 给v 0 管理器， 最后v 0管理器将此i r p 操作结果传回给应用程 序， 至此应用程 序对设备的一次f o 操作完成 2 1 第三节一些基本概念 本文在阐述相关 研究或技术时，会涉及到 一些概念， 本节将对文中出现的 概念/ 术语作一简要介绍。 1. ez- us b e z - u s b是c y p r e s s 公司 推出 的智能u s b 接口芯片， 它包括许多不同系 列、 不同型号的芯片类型。e z - u s b系列芯片具有全速度、全序列、易开发、软配置 等特点，其良 好的性能和独 特的 设计在u s b 接口 开发领域中占 有重要的位置。 本文的实例开发中 用到的e z - u s b 6 8 0 1 3 a是e z - u s b芯片的 一种， 它通过 集成u s b 2 .0 收发器、 s i e( 串 行接口 引擎) 、增强型8 0 5 1 微控制器、 存储器和 可编程 f o接口，提供u s b 2 . 0 支持，是一种新的完全集成的u s b 2 . 0 方案。与 一般e z - u s b芯片相比， 6 8 0 1 3 a最大 特点就是功耗低。 2 .固件 固件也称为固件程序，是在 u s b接口 芯片加电 后，由其它设备加载到 e z - u s b芯片并 在其中 运行完 成接口 数据传送功能的 一段程序， 其作用是辅助或 者说控制硬件来完成预期的 设备功能。固 件程序设计是 e z - u s b设备开发过程 中的重要环节，同时也是一个难点。 3 .设备枚举和重枚举 设备枚举 在每一 个u s b设备的内 部都有一个设备描述表，在这 个设备描述表中包含 了设备 全部的要求和 特性。 在u s b设备插入主机后，主机就 会执行认证程序， 这个过 程称为设备枚 举。 由 此可知， 设备枚举就是 通过连接主机与设备之间的控制 传输来辨识和配 置新连 接上的u s b设备的过程。 若主 机成功地对设备 进行了 枚举， 在w i n d o w s 系统的 注册表 编辑器中 就可以 发现设备相应的v i d和p i d 码 ( 制造商码和产品 码 ) 。 第一章绪论 重枚举 当 首次 插入u s b时， e z - u s b 芯片 通过u s b电 缆自 动进行设备枚举， 下载 固 件程序和 u s b设备描述表;之 后， e z - u s b芯片 将对设备进行再次枚举，在 这次枚举中将根据第一次枚举中下载的信息进行设备定义.这一次的枚举过程 称之为重枚举。它在初次设备枚举完成后立即进行，可以没有提示信息。 关 于枚举和重枚举的 细节，将 在本文的第三 章中 详细讨论。 4 .软配置 对于 e z - u s b芯片来说， 装载不同的固 件，设备 就呈现不同 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，即 同一个芯片可扮演多重特性的u s b设备，这就是 e z - u s b的软配置特性。 这个特性给 u s b外设开发者带来许多方便， 在开发过程中， 不再需要 r o m 或其它非易失性存储器，当固件需要修改时， 可以在 p c机上修改好以后，下载 到e z - u s b ，从而省去了烧片子的麻烦，易于调试和更新。 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。 命令配置是 指在应用程 序中编写固件装载代码， 通过命令操作将固件装载到设备， 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 3 在本文的实 例开 发中， 我们采 用的是第一种软配置 方式。 5 .端点 端点是指可以直 接进行 u 0数据流操作的 设备中的 基本单位。 端点是单向 的，如果要 对设备进行双向 的v 0操作， 必须至少有两个端点。 .复位 e z - u s b 芯片有以 下3 种复 位方 式: . 上电复位:由r e s e t引脚控制，使 e z - u s b进入已知状态. . c p u复位:由e z - u s b内部核心逻辑控制，当 e z - u s b的 r e s e t引脚 被激活时，c p u复位总是激活的。 . u s b总线复位:为了使每一个设备的 u s b功能为已知的状态，由u s b 协议定义的。u s b总线复位是通过 u s b主机在总线上进行初始化的一 个条件。 其中，前 两种复 位方式是本文中 涉及 最多的。 ， .批量传输 第一章绪论 u s b定义了4种 传输类型， 它们是: 批量传输、中断 传输、同 步传输、 控 制传输。 在本文的后面章节中，会经常提到 其中的 批量传输， 此处就先给出它 的概念。 批量传输是一 种突发的 传输 模式。 此种传输模式中，在全 速方式时，以8 , 1 6 , 3 2 , 6 4 字节 信息包传输; 在高速方式时，以5 1 2 字节 信息 包传输. 此外， 由 于其具有自 动的错误数 据校验 机制 ( c r c ) ， 所以 批量传输能 够确保传输的 正 确性。若总线上有可用的带宽时，则主动会安排批量信息包。批量传输的形式 有两种: in和o u t . 第四节本文的 结构安排 本文共分八章，其结构安排如下: 第一章为绪论， 首先介绍了u s b的 相关概念和特点， 然后分析了u s b驱动 程序的分层体系结构和工作原理，最后阐述了论文中出现的一些概念和术语。 这些都为论文后续章节的研究和讨论奠定了基础。 第二章重点介绍了 e z - u s b f x 2芯片的构成和特性，在此基础上，过渡到 介绍本文实例开发中 用的 e z - u s b f x 2 l p系列芯片。 e z - u s b 6 8 0 1 3 a即属于 f x 2 l p 系列芯片 之一， 与f x 2 芯片 相比， 其最大特点就是功 耗低。 本章介绍的 内 容是进行开发前，必须 要了 解的硬件 知识。 第三章介绍了 e z - u s b 6 8 0 1 3 a 的枚举和重枚举、启动模式，并分析了 e e p r o m 的三中引导 加载 模式。 在了 解了 这些内 容的基础上， 我们才可以 进行 下一步的开发。 上述章 节是论 文的基本原理部分， 接下 来的 第四至七章，是 论文中最核心 的四章，将对 e z - u s b 6 8 0 1 3 a驱动程序的设计、开发和测试进行详细阐述，对 u s b驱动 程序的wd m进行深 入研究。 第四章首先介绍了 e z - u s b开 发所需工具，在此基础 上， 讲述了 如何正确 地搭建开发平台和 编译生 成自 己的 库文 件; 接着介绍e z - u s b 系统的软件体系， 分析了固 件程序架 构，阐述了 设备驱动程序的 原理; 最后， 简要 说明了固 件程 序、 驱动程序和应 用程序三者的 关系. 第五章也是本文最核心的一章， 在提出了 设计思想的 基础上， 详细介绍了 固件下载驱动程序的设计方法， e z - u s b通用设备驱动程序 ( g p d )原理和生成 第一章绪论 以 及如何建立inf 安装信息文件。 最后， 通过图 文并茂的 方式对e z - u s b 6 8 0 1 3 a 驱动程序的安装过程进行了说明。 下载固件驱 动程序和i n f 信息文件编写完成， 驱动程序 装入主 机系统 后， 要 用专门的软件工具对其进行识别，对其参数进行验证，对其运行情况进行测试 和跟踪，以 检验整 个驱动开 发是否 成功。 这也便是本文第六章将要讲述的内 容。 在本文第七章，作者对 u s b 设备驱动程序进行了深入研究。首先介绍了 w d m型u s b设备 驱动程序的结 构和原理， 在此基础上， 分析了u s b 驱动程序 的w d m结 构及其设备访问 过程; 接着， 作者结 合论文开发实例， 总结了e z - u s b 设备驱动程序中几个主要例程的编写;最后，通过分析设备驱动程序与应用程 序的接口，说明了客户端应用程序开发的方法和要点。 第八章为总结 与展望，总结了本文的 工作，阐 述了本文所做的主要研究和 贡献， 并对下一步的 研究工作进行了 展望。 最后指出，随着驱动开发技术的不 断发展，e z - u s b芯片将在智能控制和信息处理领域拥有更广阔的发展前景。 第二章 e z - u s b f x 2 系列芯片简介 第二章 e z - u s b f x 2 系列芯片简介 通过第一章的介绍， 我们了 解了u s b的 基本概念和特性、 u s b 驱动程序以 及e z - u s b的 相关概念。 本章将首 先介绍c y p r e s s 的e z - u s b f x 2 芯片， 然后通 过对比， 介绍 本文开发所用的e z - u s b f x 2 l p ( 含6 8 0 1 3 a ) 的结构和内 部特性。 c y p r e s s 半 导 体 公 司的e z - u s b系 列 芯 片以 其良 好的 性 能 和 独 特的 设 计 在 u s b 接口 开 发 领 域中 占 有 重 要的 位 置 4 516 7 18 . e z -u s b f x 2 ( c y 7 c 6 8 0 1 3 ) 是 c y p r e s s 半 导体公司的新一 代高 速u s b系 列， 可以 用u s b 2 .0 最大 数据传输率传 输数据。与e z - u s b 1 . 1 相比， e z - u s b f x 2 可提供更高的性能和 更高的 集成水 平， 包括4 0 倍的4 8 0 m b / s 信号 速率。 e z - u s b f x 2 l p ( 6 8 0 1 3 a是其中一 种) 基 于 e z - u s b f x 2芯片研发，却是f x 2芯片的低功耗版本。它通过集成u s b 2 . 0 收发器、s i e( 串行接口引擎) 、增强型 8 0 5 1 微控制器、存储器和可编程 v o接 口 ， 提供u s b 2 . 0 支持。 这是一 种新的完 全集成的u s b 2 . 0 方案， 具有u s b 2 . 0 的全带宽能力，是对 e z - u s b f x 2系列芯片的又一推动。 第一节e z-u s b f x 2 的构成和特性 2 . 1 . 1 e z - u s b f x 2 的构成 c y p r e s s 公司 推出 的e z -u s b f x 2 芯 片， 将u s b 外 围 接口 设 备 所 需的 各 种 功 能包装成一 个简洁的集成电路。 如图2 . 1 所示， 集成的u s b收发器 连接到u s b 总线中的d 十 和d - ; 串行接口 引擎 ( s i e ) 进行译码、 编 码、 错 误纠正 和位填充， 变换u s b所需的信号电平;最终，从 u s b接口s e e发送和接收数据。 e z - u s b f x 2 的s i e 可 工作 在全速 ( 1 2 m b / s )或高 速 ( 4 8 0 m b / s ) 传输速率 下。为 适应u s b 2 . 0 的 增强带宽，e z - u s b f x 2 端点f i f o和从属f i f o端点统 一采取措施，省去了内部传输所花费的时间。 e z - u s b f x 2 的c p u 采用增强8 0 5 1 ， 提高了 运行 速度， 增强了功能。 同 时， 该芯片 采用内部r a m用于程序和数据存取。 典型的基于 e z - u s b f x 2 c p u的外设具有双重功能: 第二章 e z u s b f x 2 系列芯片简介 o +d - l 过习 习习)州 g . 曰 翻峨自叮】二、 、1已.、 训 子 o u r 。!u s em n ra o. p n 冲 翻 0 日 切 月 点 . 0 s 日 t 口陇 甲知 甘 ez- ush f x2 c p u 弓白由 舒 目 d 即5 1 ) 9 如 ， 它 f 0 5 二万 耳 ， + ! 2 .c 丁 日 口 丫 图2 . 1 e z u s b f x 2 的1 2 8 引脚封装简化框图 .通 过 主 机请 求， 从 控 制 端点( 端 点0 ) 实 现 高 级 别h ig h -l e v e l 的u s b 协 议; .可作为 通用系统使用。 由 于高级u s b协议没有带宽的限 制，所以f x 2 的c p u能够很适应地通过 控制端点处理主 机请 求。 然而，由u s b 2 .0 所提供的 数据速率， 对于c p u来说 实 在太高了， 以 至于 它不能 直接处理u s b的数据。 基于 这个原因， 通常c p u不 能工作在 f i f o端点与外部接口之间的高带宽数据通路上。 为此， c p u进行了简 单的处 置， 不 干预操 作过 程。 此时， f x 2 f i f o直 接在u s b与外部接口 之间传递 数据。 f i f o可通过外部的 主控制器控制， 可通过外部提供的时钟信号同步运行， 或者通过选通信号工作在异步方式。 另外， f i f o也能够由内部的f x 2 时序生成 器控制，这个时序生成器即所谓的通用可编程接口 ( g p i f ) a f x 2的c p u具有更好的性能，提供了 5 个 1 / o口、 2 个 u a r 7 ， 接口、 3 个计 数/ 定时器以及增强的中断系 统。 它工作在4 8 m h z 时 钟频率， 并且使用每个命令 只需要 4 个时钟周期，用以代替标准 8 0 5 1 必需的1 2 个时钟周期。 f x 2 系列芯片采用增强的s i e / u s b 接口， 通过执行更多的u s b协议， 大大 简化了f x 2的编程量。 与所有的e z - u s b系 列芯片一样， f x 2 芯片 也工作在3 . 3 v电 源下。用户可 直接应用 u s b连接器上的5 v电 源 ( 根据 u s b规范， 最低可达4 .4 v ) 去驱动 3 . 3 v电压调整器，以 提供e z - u s b f x 2 芯片和相关电 路所需的电源，这样就简 化了 总线供电的u s b设备的设计。 f x 2 有3 种封装形式: 5 6 脚s s o p . 1 0 0 脚的t q f p( 薄形四方扁平封装) 、 1 2 8 脚的t q f p 。 引脚数的 区别在于输入、输出 引脚数的不同，以 针对不同的要 第二章e z - u s b f x 2系列芯片简介 求。图2 . 1 所 示为1 2 8 引 脚的f x 2 封装简化框图 1 9 1 2 . 1 . 2 e z - u s b f x2的特性 e z - u s b f x 2 的 特性如下: . 芯片内 有4 8 0 m b / s 的 收发 器 ( p l l 和智能s i e ) ， 包 含全部u s b 2 . 0 物理 层 ( p h y) o . 2 , 3 , 4 倍增缓冲端点f i f o ， 以 适应4 8 0 m b / s 的u s b 2 . 0 数据传输速率。 . 内部嵌 入可运行在4 8 m h z 频率的 增强型8 0 5 1 内核。 . “ 软配置” 方式:u s b固件程序可通过 u s b下载到芯片，并且不需要硬 件编码存储器。 . 4 个接口f i f o :它们都可以由 外部和内部 来提供时钟， 端点f i f o与接 口f i f o两者相结 合可实 现缩短u s b 和外部逻辑电 路数据传输的时间。 . 通用可 编程接口 ( g p i f ) 作为 一种微编码 状态设 备， 可实现时 序管理， 使得f x 2 f i f o达到无缝 连接。 e z - u s b f x 2 提 供了 一款全面u s b 2 .0 外围 设备解决方案的接口 芯片， 设计 时无须考虑外部物理层 ( p h y) o e z - u s b