USB2.0接口芯片CY7C68013的固件程序開發

?摘要：USB2.0接口技術為外設與主機之間提供了一種靈活高效的雙向數據通道。可廣泛地應用于數據采集、工業控制和消費數碼等方面。本文簡要介紹了支持USB2.0協議的接口芯片CY7C68013的結構。分析了 CY7C68013芯片的固件程序框架的結構。給出了如何在該固件程序框架下使用C語言進行固件程序開發的方法。?
?? 關鍵字： USB2.0, 接口，固件程序
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引言：

??? 現代工業生產和科學研究對數據采集的要求日益提高，在瞬態信號測量、圖像處理等一些高速、高精度的測量中，需要進行高速數據采集。USB2.0接口以其高速率、靈活性等優點漸有取代傳統的ISA及PCI數據總線的趨勢。與此同時作為一種靈活而又低廉的接口技術，USB接口更是以其熱插拔特性成為各種PC外設的首選接口。因此，圍繞著USB2.0的開發成為當前的一大熱門。
??? 下面將以Cypress公司的CY7C68013芯片為例來探討一下支持USB2.0協議的固件程序的開發。

1. 接口芯片CY7C68013簡介：
CY7C68013芯片是Cypress公司的EZ-USB FX2系列中一種既滿足USB2.0協議同時兼容USB1.1協議的功能強大的接口芯片。其結構如下圖所示[2]：

???????????????????? 圖1?? CY7C68013接口芯片結構

該芯片有如下幾個特點[2]：
1）?集成有一塊增強型8051內核
與普通8051微處理器相比該增強型處理器有如下改進：
l?完成每個指令周期只需4個時鐘周期；
l?時鐘頻率可軟配置為12/24/48MHz；
2）?集成有一個串行接口引擎(SIE)以及一個USB2.0收發器
由于USB2.0收發器和串行接口引擎完成了USB協議的封包、解包等功能，屏蔽了底層信號的電氣特性。
3）?支持軟配置：
采用再次枚舉（ReNumeration）技術，固件程序可以保存在主機上，每次上電后通過USB接口將固件下載到芯片RAM中。具有很大的靈活性。
4）?通用可編程接口(GPIF)：
GPIF提供可編程控制的接口時序，使得無需附加邏輯（glue logic）即能實現與外圍芯片如DSP、ASIC等的連接，同時也支持ATAPI、EPP等總線標準。
5）?四個可編程端口（Endpoint）：
CY7C68013共有7個輸入輸出端口：EP0、EP1OUT、EP1IN、EP2、EP4、EP6、EP8。其中EP2、EP4、EP6、EP8 分別可以被配置為批量/中斷/同步傳輸模式，傳輸方向均可配置為出/入。
6）?可編程緩沖區（Buffer）深度：
端口EP2、EP6的緩沖區大小可編程為512或1024字節，深度可編程為2/3/4倍大小；端口EP4、EP8的緩沖區固定為512字節大小，深度為2倍。采用不同的配置方式，實現特定帶寬、速率要求的數據傳輸。

2．開發工具：

??? Cypress公司的網站（http://www.cypress.com）上提供了CY7C68013芯片的開發工具包下載,該開發包提供了開發固件程序的所需的一些資源：Keil uVision2集成開發環境（限制版）；Cypress C51固件框架程序以及一些例子程序。
??? Keil uVision2 是一個功能強大的集成開發環境，該開發環境集成有C51編譯器和A51匯編器以及BL連接定位器等一系列工具和模擬仿真、調試器，因此它能夠支持C程序和匯編程序混合的工程，給軟件的開發帶來很大的便利[5]。
Keil C51是一種專為8051單片機設計的高效率C語言編譯器，符合ANSI標準，生成的程序代碼運行速度極高，所需要的存儲空間極小，完全可以個匯編語言相媲美。同時，C51具有豐富的庫函數，多達100多種功能函數。因此，采用C語言作為開發語言以Keil uVision2作為工程開發平臺，完成源代碼的編寫、仿真、調試，將在相當程度上降低固件開發難度、提高開發效率[4]。

3．固件結構及組成：

??? 固件程序的功能雖然復雜，在編寫時需要用到大量的函數，但其基本結構卻相對簡單，包括如下幾個部分：
3．1設備描述符表：
??? 每一個USB設備在與主機建立數據通信之前必須先向主機通報自己的具體配置，包括設備的廠商、產品識別號(VID、PID)，設備的供電方式以及能量消耗等一系列重要信息。而這些有關設備的信息就是通過設備描述符表來通報給主機，從而使主機采用適當的方式建立與設備之間的連接.其結構如下所示：
??? DeviceDscr:??
????? db?? 18?????????????? ;;該描述符長度（以字節為單位）
????? db?? DSCR_DEVICE?? ;; 描述符類型
????? ……
????? db?? 1??????????????? ;; 共有幾種配置（1種）
3．2固件程序框架源碼：
??? 該文件提供了一個固件程序的框架結構，適用于一般的對數據傳輸的控制。該結構提供了對開發者開放的程序接口，開發者通過在這些接口函數中加入適當的代碼來實現所需的功能。
??? 其工作流程如圖 2所示，
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????????????????? 圖2????? 固件程序框架工作流程

3．3接口函數：
??? 在固件程序框架中提供了功能函數接口，通過在這些接口函數中加入自行開發代碼可以實現特定的功能并大大降低固件程序的開發難度，加速USB系統開發的過程。這些接口函數分三類：任務分配、標準設備請求執行和USB總線中斷處理[3]。下面將依次介紹這些接口函數和用途。
3．3．1任務分配
??? TD_Init()
說明：此函數主要是完成FX2的初始化，在FX2再次枚舉和開始任務分配前被調用，其目的是初始化各個端口以及各端口的先入先出緩沖區。
??? TD_Poll()
??? 說明：此函數在設備運行時被重復的調用，它應包括完成特別任務的代碼。在該函數返回前，優先級高的任務可能已經完成。但是，如果它返回值為假，FX2將不會影響設備請求和USB總線設備掛起事件。如果需要大量的處理時間，FX2就會通過多次調用TD_Poll()函數將時間分段。
??? TD_Suspend()
??? 說明：此函數是在設備進入掛起狀態前調用的，開發者在其中加入適當的代碼，對設備的工作狀態進行配置，可使設備處于低功耗狀態并返回真值。但是開發者可以改動TD_Suspend()的程序代碼，使其返回為假，這樣可以使FX2不進入掛起狀態。
??? TD_Resume()
??? 說明：當外部要求重新啟動時（如，外界產生Wakeup中斷或者USB總線有傳輸活動發生），設備就會通過調用此函數來對處理器進行重啟，也就是TD_Suspend()函數的逆操作。此時，設備在正常電源下重新啟動。
3．3．2設備請求
??? 設備請求函數具有如下的形式：
??? BOOL DR_xxx(void)
??? {
???????? ……???? file://設備請求處理代碼
???????? return(TURE);
??? }
主要是完成對于來自主機的命令及請求的處理工作，如配置端口等。
3．3．3USB中斷
??? FX2設備的中斷包括與標準8051中斷相同的中斷同時也包含一些FX2特有的中斷。由于在固件程序中提供了中斷服務例程接口，開發者只須在需要處理的中斷服務例程接口中加入自己編寫的中斷服務代碼即可完成對相應中斷請求的服務，這樣就可以避免深入研究FX2的中斷自動引導（Interrupt Autovectors）的邏輯結構[2]。這些中斷服務例程接口函數的形式為：
??? void ISR_xxx(void)? interrupt 0
{
??????? ……? file://開發者中斷服務代碼
??????? EZUSB_IRQ_CLEAR();
??????? USBIRQ = bmXXX;???????? // 清除該中斷請求
}

4. 總結：

在了解了Cypress的固件程序框架結構之后，采用Keil uVision2開發環境在該Cypress的固件框架下開發可以在很大程度上降低固件程序的開發難度并縮短開發周期，獲得較高的效率。

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