基于USB2.0的MPEG视频卡的设计与实现

基于USB2.0的MPEG视频卡的设计与实现

摘要：本文介绍了一种基于接口的MPEG视频卡的设计方案及其软硬件设计方法。

关键词：USB；视频卡；MPEG；WDM

通用串行总线(UniversalSerialBus，即USB)以其方便的即插即用和热插拔特性，以及较高的传输速率，成为PC领域广为应用的外设连接规范。目前，国内外普遍采用的是规范，它支持两种传输速率：和12Mbps，主要应用在低速传输要求的场合。2000年发布的规范提供了480Mbs的传输速率，以满足更快的数据传输要求。

为了使MPEG视频卡快速地向PC机传送大量的数据，我们在设计MPEG视频卡与PC机的接口时采用技术。对USB的设计与开发，我们是基于CYPRESS公司的EZ-USBFX2系列的CY7C68013芯片及其FX2开发包。

1、硬件设计

传统的采用PCI接口的MPEG视频卡,不但占用了有限的PCI插槽，安装不方便，而且不支持热插拔和即插即用。所以，在本设计中，我们选用接口芯片对传统的MPEG视频卡进行了改进。

改进后的接口的方案如图1所示。

该接口的MPEG视频卡的工作原理为：音视频信号经AK4550音频处理芯片及AA7113视频处理芯片进行A/D转换，将模拟信号转换成8bit的PCM格式的数字信号，传入SZ1510音视频压缩采集芯片进行处理，将编码调制PCM格式的数据转化为符合格式MPEG-1的混合影视文件，最后MPEG-1数据经USB接口芯片送给PC机作进一步的处理，如存储、显示等。

设计中，我们选用的USB接口芯片是EZ-USBFX2系列的CY7C68013芯片。该芯片是针对的，而且和兼容，它支持两种传输速率：全速12Mbps和高速480Mbps，它不支持低速(Low_speed)。该芯片的内部结构如图2所示。

CY7C68013-128AC内部集成了一个增强的8051内核，它既与标准的8051兼容，又有诸多的改进：最高工作频率48MHZ，一个指令周期只需4个时钟周期，比标准的8051平均提高了倍；2个UARTS端口；3个定时/记数器；扩展的中断系统及其更多I/O口等。CY7C68013内部集成的的SIE能完成大部分协议的处理工作，减少了用户对繁杂的USB协议的处理。另外，用户在开发时，可以利用GPIF和FIFO方式实现与高速外围设备之间的逻辑连接，并进行高速数据的传输。在该改进方案中，我们选用的是GPIF方式，实现和Z1510之间的通信。

2、软件设计

USB软件设计包括三方面的工作：固件设计，驱动程序设计和主机端应用程序的设计。

固件设计

设计中，我们考虑到MPEG视频卡要求快速地持续地传送大量数据，并对数据的完整性要求不太高，我们采用ISO传输方式。另外，我们让CY7C68013工作在GPIF模式下的FIFORead方式，最多可以传输4Gbyte或word。外设的数据由于不需8051的处理，我们采用自动打包的方式，直接从FIFO到SIE，这样有利于提高传输速率。其主要实现代码

voidTD_Init()

{

CPUCS=0X01;[1:0]=10;for48MHzoperation.

GpifInit();

……

SYNCDELAY;

EP6CFG=0XDA;点配置：同步IN方式、缓冲大小1024字节

SYNCDELAY;

FIFORESET=0X80;//activateNAK_ALLtoavoidraceconditions

SYNCDELAY;

FIFORESET=0X06;,FIFO6

SYNCDELAY;

FIFORESET=0X00;NAK_ALL

SYNCDELAY;

EP6FIFOCFG=0X0D;

SYNCDELAY;

……

}

驱动程序设计

在WINDOWS平台下，USB驱动程序由三部分组成：USB设备驱动程序，USB总线驱动程序和USB主控制器驱动程序，它们必须遵循WIN32驱动程序模型。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发者编写，它通过向USB总线驱动程序发送包含URB的IRP(I/ORequestPacket)，来实现USB外设之间的信息交换。当主机应用程序要对USB设备进行I/O操作时，它调用WindowsAPI函数对Win32子系统进行Win32调用，由I/O管理器将此请求构造成一个合适的IRP，并把它传递给USB设备驱动程序。USB设备驱动程序接受到这个IRP后，根据IRP中包含的具体操作代码，构造响应的URB并把它放到一个新IRP中，然后把此IRP传递到USB总线驱动程序，USB总线驱动程序根据IRP中所包含的URB执行响应的操作，并把操作结果通过IRP返还给USB设备驱动程序。

USB设备驱动程序接受到此IRP后，将操作结果通过IRP返还I/O管理器。最后，I/O管理器将此IRP中操作结果返还给应用程序，至此应用程序对USB设备的一次I/O操作完成。

开发USB设备驱动程序，可采用Numega公司的开发包DriverWorks和Microsoft公司的2000DDK，并以VC++作为辅助开发环境。DriverWorks提供的驱动向导,，可根据用户的需要，自动生成代码框架。减少了开发的难度，缩短了开发的周期。

在CYPRESS公司的EZ-USBFX2开发包中，有一个通用的驱动程序，该程序可不加修改经DDK编译后直接使用。在本设计中，由于时间关系，我们采用的就是这个通用驱动程序。

应用程序设计

USB主机应用程序是计算机中完成特定功能的程序，其关键是实现从USB外设读取或发送特定数量的数据，USB标准设备请求和特定的命令等。另外，可以对数据做进一步的处理，如：存储、显示、快速傅立叶变换等。在WINDOWS2000下，我们所使用的应用程序开发工具是