基于USB協(xié)議的DSP高速上位機(jī)接口設(shè)計(jì)

摘要：彈載信號(hào)處理機(jī)的DSP系統(tǒng)需要高速、簡(jiǎn)便的上位機(jī)接口實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的變量實(shí)時(shí)監(jiān)控和在線程序加載功能。USB接口以其簡(jiǎn)單、高速與通用的優(yōu)勢(shì)成為優(yōu)選。介紹一種基于USB接口芯片(CY7C68013A)和FPGA實(shí)現(xiàn)的ADSP-TS101擴(kuò)展USB接口的設(shè)計(jì)方法，該方法利用DSP的Link-port接口，以DMA方式進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換，目前該設(shè)計(jì)已成熟、可靠地應(yīng)用于某彈載信號(hào)處理系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：USB；DSP Linkport；PC機(jī)接口；高速數(shù)據(jù)交換

0 引言
ADI公司的DSP器件(ADSP-TS101)具有浮點(diǎn)實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)、并行性好等優(yōu)點(diǎn)，從而廣泛被彈載信號(hào)處理系統(tǒng)選用。其作為彈載主處理器，在導(dǎo)彈的系統(tǒng)試驗(yàn)中，需要利用上位機(jī)對(duì)其中的大數(shù)據(jù)量的軟件變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，這就需要一個(gè)上行傳輸給上位機(jī)的高速通信接口，數(shù)據(jù)上行的數(shù)據(jù)率需要大于6 MB／s。同時(shí)這個(gè)通信接口還需具有雙向特性，通過(guò)數(shù)據(jù)下行可實(shí)現(xiàn)在線程序加載與燒寫。這樣的通信接口，還需具備設(shè)備連接簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)等特性，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程(大于3m)數(shù)據(jù)傳輸。
ADSP-TS101自身的外總線接口和鏈路口(Linkport接口)，雖速度很快，但連接復(fù)雜，難以長(zhǎng)線傳輸，并不具備上述需求特征。可以通過(guò)在DSP的Linkport總線接口上增加FPGA實(shí)現(xiàn)的適配電路，擴(kuò)展USB 2．0接口，實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用需求。下文將介紹具體的實(shí)現(xiàn)方案。

1 系統(tǒng)總體方案
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體方案如圖1所示。

在本方案中，USB接口芯片選用Cypress公司的CY7C68013A。該芯片是Cypress公司FX2系列USB 2．0集成微控制器之一。集成了USB 2．0收發(fā)器、SIE、增強(qiáng)8051微控制器和GPIF，是一種優(yōu)秀的高速USB外設(shè)控制器。內(nèi)置的8051微控制器獨(dú)立于USB數(shù)據(jù)通道，由SIE實(shí)現(xiàn)大部分USB 1．1和USB 2．0協(xié)議；USB FIFO和外部從FIFO映射到相同的8個(gè)512 B RAM模塊，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部傳輸和外部傳輸?shù)臒o(wú)縫連接，可以較低的代價(jià)獲得較高的帶寬；8．5 KB內(nèi)部RAM空間，可運(yùn)行較為復(fù)雜的固件，實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)硬件的配置。GPIF是由用戶可編程有限狀態(tài)機(jī)驅(qū)動(dòng)的柔性8／16位并行口，可編程GPIF向量組成一個(gè)GPIF波形，匹配受控接口的時(shí)序。
ADSP-TS101作為彈載主DSP芯片，含4個(gè)鏈路口，每個(gè)鏈路口可在時(shí)鐘雙沿以8位進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，速率高達(dá)250 MB／s。通過(guò)該接口，DSP每個(gè)處理幀將預(yù)觀測(cè)的變量結(jié)果以DMA的方式打包向上位機(jī)發(fā)送。
FPGA實(shí)現(xiàn)ADSP-TS101的Linkport接口與CY7C68013A之間的雙向數(shù)據(jù)緩沖和接口協(xié)議轉(zhuǎn)換。考慮到CY7C68013A中的FIFO容量較DSP的一個(gè)處理幀預(yù)發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)量較小，故在FPGA中設(shè)置上行和下行各一個(gè)大容量FIFO，用于數(shù)據(jù)緩沖，以減少對(duì)DSP中并行流水運(yùn)行的程序的打擾。這里，由于DSP鏈路口的瞬時(shí)數(shù)據(jù)率遠(yuǎn)高于USB芯片的傳輸速率(理論上限為60 MB／s)，故FIFO的DSP端口的數(shù)據(jù)傳輸為：一個(gè)處理幀只操作一次，而USB芯片端則分成多次操作。
限于篇幅，下文將重點(diǎn)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)率要求高、設(shè)計(jì)難度大的上行通道的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)描述。