基于USB的DSP高速数据传输系统

1、    基于USB的DSP高速数据传输系统        张 鑫1， 苏东林1， 李保权 时间:2008年04月11日     字 体: 大 中 小        关键词:        摘要：介绍了在TMS320C32系列DSP上，利用EZ-USB FX2微控制器扩展USB接口

2、的技术，实现了DSP与计算机之间的高速数据传输。关键词：USB DSP FX2 USB驱动 固件数字信号处理器DSP以其运算速度快的特点已被广泛应用。但目前绝大部分DSP处理器仅提供了串口通讯方式，该方式仅适合少量数据的传送，不能满足通讯、图像处理等需要高速数据交换场合的应用。由于DSP运算过程中产生的大量数据不能实时向计算机传输，从而成为拓展DSP应用领域的一个瓶颈。而近几年发展起来的通用串行总线USB技术，能够满足设备间的高速数据传输。如果将USB技术应用到DSP处理器上，就可以彻底地解决DSP设备与计算机间大数据量的交换问题，从而极大地扩展了DSP的应用领域。本文实现了在TMS320C3

3、2系列DSP上，利用EZ-USB FX2微控制器扩展USB接口的技术，实现了DSP与计算机之间的高速数据传输。1 USB简介1。2 系统构成2.1 EZ-USB FX2性能特点为了实现USB2.0的高速带宽，把FX2的端点FIFO和从属FIFO（实现和外部逻辑器件或处理器接口的FIFO）集成在一起以减少内部数据传输时间。并且FX2的FIFO有独特的“量子”特性22.2 TMS320C32性能特点数字信号处理器采用TI公司的TMS320C32，这是TI公司的第一代浮点DSP芯片。TMS320C32的性能特点：具有16M字的空间，每字32位。这16M字空间包括程序存储区、数据存储区和I/O空间；为

4、32位处理器，具有32位内部存储器、32/40位内部寄存器、32位内部总线，还支持8位、16位数据操作，并且包含了两个512×32位的快速RAM块；C32通过24位的地址总线、32位的数据总线和三组选通信号IOSTRB、STRB0和STRB1访问外部存储器；TMS320C32是在TMS320C30和TMS320C31基础上进行了简化和改进。在结构上的改进包括可变宽度的存储器接口、更快速的指令周期时间、可设置优先级的双通道DMA处理器、灵活的引导程序装入方式、可重定位的中断向量表以及可选的边缘/电平触发中断方式等。特别是其增强的外部存储器接口，使得对外部数据的操作更加方便，存储器接口电

5、路的设计也更加灵活，因此在许多实时数据采集和信号处理的系统中得到了广泛的应用34。2.3 系统设计FX2有三种工作模式：端口、GPIF和从FIFO（Slave FIFO）模式。在本系统中，FX2工作于从FIFO模式下，TMS320C32作为主控（Master），直接控制FIFO数据的读写。4KB的FIFO空间全部分配给了EP2端点，使其形成四重1 024字节的缓冲。当C32向其中一个FIFO写“满”时，FX2自动将该FIFO转换到外部接口端，排队等候PC机读取；并将EP2中下一个为“空”的FIFO转移上来，供C32继续写数据。USB的数据传输有四种模式：块传输(Bulk Transfers)、

6、中断传输（Interrupt Transfers）、同步传输（Isochronous Transfers）、控制传输（Control Transfers）。当需要快速传输大批量的准确数据时，一般采用块传输模式；而当传输实时性较强的数据时，则应采用中断传输模式。在该系统中采用了块传输模式。TMS320C32与FX2的连接如图2所示。其中，I/O和WR#分别是C32的一个通用I/O信号和读写使能信号，PKTEND用于强制FX2发送FIFO内部数据。例如，将EP2设置为自动传送模式，当C32向EP2中写满1 024个字节后，EP2自动将数据转移至USB端口，供上位机读取；当C32发送的数据不是1 0

7、24的整数倍时，最后一个数据包因为比1 024小所以不会被EP2发送。这时有两种方法：一是用无效数据将EP2补充满；二是使用PKTEND信号在PKTEND的上跳沿处，FX2将EP2内的剩余数据转移至USB5。3 软件设计3.1 固件设计在该系统中，FX2的固件完成如下工作：（1）配置如下描述符。; Endpoint DescriptordbDSCR_ENDPNT_LEN; 描述符长度dbDSCR_ENDPNT; 描述符类型db82H; 端点号是2,输出OUTdbET_BULK; 端点类型db00H; 包的大小，低字节(LSB)db04H; 包的大小，高字节(MSB)db00H; 检测间隔（2）

8、初始化一些寄存器的值，使之满足系统设计。下面是采用keil C51编写的C语言固件程序的主要代码：void TD_Init(void)CPUCS = 0x10; /CLKSPD1:0=10, 48MHz IFCONFIG = 0xCB; /异步从FIFO模式REVCTL = 0x03; EP2CFG=0xE8; /方向OUT，块传输，四缓冲，1024字节PORTACFG = 0x40; /将PA7管脚设置为SLCS，从FIFO的片选信号FIFORESET = 0x80; FIFORESET = 0x02;FIFORESET = 0x00; EP2FIFOCFG = 0x0D; /配置EP2为自

9、动方式，16位总线EP2AUTOINLENH=0x04;/数据包大小为1024字节EP2AUTOINLENL=0x00;可以看出，一旦FX2芯片上电后、CPU完成以上寄存器的初始化时，就不再干预FIFO的工作了，C32直接通过FIFO就建立起了与PC机之间的USB通道。3.2 驱动程序6。WDM型的USB驱动程序体系结构如图3所示。该系统采用Cypress公司提供的GPD(General Purpose Driver)模板。该模板提供了一个上层的程序代码来实现底层的驱动程序的编写，能够完成USB设备的标准请求及Cypress公司的电路所特定的请求和数据的传输。GPD所提供的接口函数具有通用性，

10、包括打开、关闭设备及USB的IO操作等7。本应用在没有改变所提供的EZUSBSYS的驱动程序的情况下，实现主机和外设的数据通信。3.3 应用程序设计应用程序是用户操作计算机的界面，界于用户与底层驱动之间。应用程序通过调用WIN32的API函数实现和驱动程序之间的通讯，完成对USB外设的读取和发送。首先，打开设备(程序打开设备“DeviceName”的方式为通用读写方式，文件共享读写):HANDLE hDevice=CreateFile （DeviceName, /指向文件名的指针GENERIC_WRITEIGENERIC_READ， /访问模式（写/读）FILE_SHARE_WRITEFILE

11、_SHARE_READ， /共享模式NULL， /指向安全属性的指针OPEN_EXISTING， /如何创建0， /文件属性NULL/用于复制文件句柄）；然后进行数据传输，其代码为：BOOL bResult = DeviceloControl (hDevice，direction，&Control，sizeof （xxxx_TRANSFER_CONTROL)，buffer，length， (unsigned long*)&nBytes，NULL ),其中，hDevice为设备句柄；direction为数据传输的方向；Control为四种USB数据传输的方式选择；size(xxxx_TRANSFER_CONTROL)为数据格式所需存储空间的大小；buffer为所传输数据的缓冲区地址指针；nBytes为传输完成后实际传输的数据个数。数据传输格式为USB设备的统一规范，可参照Windows DDK中的相应文件。本系统用于CCD成像检测系统中，设备成像后的图像经USB向计算机传输。如