USB2.0微控制器CY7C68013的GPIF接口设计

1、usb2.0微控制器cy7c68013的gpif接口设计(universal serial bus)是一种通用串行，主要用于pc与外围usb设备的互联。近年来，usb接口以其迅速、即插即用、用法安装便利等优点逐渐成为现代数据传输的进展趋势。目前，国内外采纳usbl1和usb2o两种规范。usbl1主要用于低速传输要求的场合，支持15mbs和12mbs两种传输速率；而usb2o规范则提供高达480mbs的传输速率。尽管如此，在某些对数据传输速度要求很高的系统中，外围设备与usb接口之间在速度上仍存在着不行忽略的传输瓶颈。公司生产的usb20控制器cy7c68013提供了一种独特的接口方式，即通用

2、可编程接口(gpif)方式。它与传统接口方式的主要区分有两点：在数据传输过程中不需要cpu干涉，使得传输速率显然提高，从而可以充分利用usb20的传输带宽；由软件设置读写控制，其控制方式类似于状态机，提高了传输稳定性。因此，本文介绍的基于usb20控制器cy7c68013的gpif接口设计，就是充分利用了该芯片这一独特的数据传输接口方式，有效地解决了在传统接口方式下usb20设备数据传输速度的局限性，大大提高了数据的传输速率。1 cy7c68013简介cy7c68013是cypress公司的ez-usb fx2系列芯片。ez-usb fx2是一款集成usb20的微控制器，内部结构l所示。该系列

3、芯片集成了usb2o收发器、串行接口引擎(sie)、带85kb片上ram的增加型高速8051、4kb fifo存储器以及通用可编程接口等模块提供了全面集成的usb解决计划，无需外加芯片即可实现高速usb传输。fx2系列芯片最主要的特点是可以通过usb20的通用可编程接口为特定的应用接口编程。另外，cy7c68013的gpif引擎具有自动传输数据结构的特性，这种特性使得以主从端点fifo(b/16位数据总线)为ata、utopia、epp、pcmcia、等的外围设备，可以与主机通过cy7c68013无缝、高速地传输数据。另外，cy7c68013内部集成的usb2o的sif能完成大部分usb2o协

4、议的处理工作，从而削减了用户对繁杂的usb协议的处理。2 硬件设计及原理在gpif接口方式设计中，gpif作为cy7c68013的端点fifo的内部控制器，在这种方式下，cpu不会干涉数据的传输。cy7c68013的gpif接口方式2所示。cy7c68013特地为gpif提供了接口信号(包括16位数据线、输出控制信号ctl、输入控制信号rdy以及地址线adr)，这些信号负责完成usb接口芯片与外围设备或器件(如、dsp等)的数据读写控制和传输。以下为gpif方式下的主要端口功能。fdofdl5(输入输出)：usb主机通过cy7c68013与外部设备举行数据传输的数据线，可以用8位或16位数据线

5、。ctloctl5(输出)：cy7c68013对外部设备举行控制的信号线。rdy0rdy5(输入)：cy7c68013对外部设备的状态举行检测的信号线。sda(双向)、scl(输出)：e2prom的数据准时钟信号线。adr0adr8(输出)；gpif为外部设备提供的地址线。在本设计中，除了重点利用通用可编程接口来实现无缝、高速的传输数据外，还采纳了ez-usbfx2提供的一种独特架构，即“量子fifo(quantum fifo)”处理架构。它能较好地解决带宽问题，图3为其数据传输暗示图。当usb执行out时，ep2端点被设置为512字节四重fifo(在usb端和外部接口端，都不知道有四重fif

6、o)，图4为其数据传输原理图。在usb端看来，只要有1个fifo为“半满”，那么就可以继续发送数据。当前操作的fifo写“满”时，fx2自动将其转换到外部接口端，排解迎候读取；并将usb接口队列中下一个为“空”的fifo转移到usb接口上，供其继续写数据。同时，在外部接口端看来，只要有1个fifo为“半满”，就可以继续读取数据。当前操作的fifo读“空”时，fx2自动将其转换到usb接口端，排解迎候写入；并将外部接口队列中下一个为“满”的fifo转移到外部接口上，供其继续读取数据。3 软件设计及实现本设计的软件设计包括：固件程序、驱动程序和应用程序设计。其中，固件程序是囫囵程序设计的核心，它在

7、设备cpu中运行。gpif就是在固件中实现的，因此，惟独在该程序运行时，外设才干称之为具有给定功能的外部设备。31 固件设计在gpif高速数据传输中，gpif波形的描述符打算了囫囵数据传输过程的时序。gpif波形描述符通常用cypress公司的gpif工具(gpiftool)举行配置。它是一个可运行于windows平台的应用程序，与fx2的开发包一起发布的。在gpif方式下，全部的读写及控制规律通过cy7c68013的gpif以软件编程的方式实现，且控制规律的变换便利灵便(只需要转变接口的一个配置寄存器的值)。fx2由4个gpif波形描述符控制各个状态，它们分离是gpif waveform o

8、(fiford)、gpif waveform1(fifowr)、gpif waveform 2(snglrd)和gpif wave-form 3(snglwr)。这些波形描述符可以动态地配置给任何一个端点fifo。fx2的固件程序可以把这些描述符配置给4个fifo中的随意一个；配置后，gpif将依据波形描述符产生相应的控制规律和握手信号给外界接口，以满足向fifo读写数据的需要。每个波形描述符包含了7个有效状态(s0s6)和1个空闲状态。在每个有效状态对应的时光段里，经过预先设置，gpif可以完成以下几项工作：驱动(使高或低)或浮接ctl输出，采样或驱动fifo的数据总线，增强gpif地址总线

9、的值和指向当前fifo指针的值，以及启动gpifwf(gpif波形)中断。除此之外，在每个状态下，gpif还可以对几个信号(如rdy输入端、fifo状态标记位、内部rdy标记位和传输计数终止标记位)中的随意两个举行采样，把其中两个信号相“与”、相“或”或者相“异或”，并按照结果跳转到其他随意一个状态或延迟1256个时钟周期，固然也可以按照输入端的信号举行跳转或延迟。fifo读波形配置(fiford)5所示。在状态0时，数据总线上的数据为有效(activate)，gpif把数据读到fifo中。在状态1时，gpif产生一个正脉冲信号rdclk(ctl0)给外围设备，表示已经读取了一个数据，同时推断

10、数据是否传输结束。假如还没有，则不断循环状态o和状态l，直到读完全部数据为止；读完全部数据后，不再经过中间其他任何状态，就挺直跳到状态7(idle)，表示完成本次数据传输。从图5中町以看出，在两个时钟周期内完成了一个数据(8位或16位)的读取，假如数据为双字节宽，那么传输速率可达48 mbs，从而充分利用了usb20的传输带宽，大大提高了数据传输的速率。3.2 驱动程序设计usb系统驱动程序由3部分组成：usb设备驱动程序、usb总线驱动程序和usb主控制器驱动程序。其中，windows操作系统已经提供了处于驱动程序栈底的usb总线驱动程序和usb主控制器驱动程序；而usb设备驱动程序由设备开

11、发者编写，通过向usb总线驱动程序发送包含urb(usb request block)的irp(io requestpaeket)，以实现usb外设之间的信息交换。开发usb设备驱动程序，可采纳numega公司的开发包driver works和mierosoft公司的2000ddk，并以vc+6o作为辅助开发环境来完成。在cypress公司的ez-usbfx2开发包中，提供了完整的cy7c68013驱动程序源代码、控制面板程序及固件的框架，可以大大加快用户开发的进度。用户只需对所带驱动程序稍加修改甚至无需任何修改，再经ddk编译后用法，软件开发者大量的时光主要集中在应用程序和固件的开发上。本设

12、计所用的usb设备驱动程序就是对fx2开发包所带的驱动程序做了一些修改，主要是修改了deviceiocontrol例程，增强了控制数据传输函数、启动和停止ad、复位fifo等。33 应用程序设计用户程序是usb系统与用户的接口，其关键是实现从usb外设读取或发送usb设备哀求、指令和特定量的数据等，并对数据举行一系列处理(如存储、显示等)。在编写用户程序时，首先要建立与外设的衔接，然后才干实施数据的传输。本设计用法的是c+builder6编译环境，在c+builder6环境下通过api函数去调用usb驱动。基本步骤为：首先打开设备的句柄；然后举行读写和控制操作；最后关闭设备句柄。程序中主要用到的两个api函数creatfile()和devicelocontrol()就是通过该句柄实现数据传输的。结语本文具体介绍了基于usb2o控制器cy7c68013的gfif接口软硬件设计计划。该设计充分利用了cy7c68013芯片的通用可编程接