基于CY7C68013的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要： 采用Cypress公司的CY7C68013芯片設(shè)計(jì)了通用的USB接口，結(jié)合MAX7128的串/并/串轉(zhuǎn)換和光纖收發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。介紹了系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)， 詳細(xì)介紹了固件設(shè)計(jì)和WDM驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)、特性、工作機(jī)制、軟件流程及與USB設(shè)備通信的方法。測(cè)試表明，該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)和實(shí)用要求。

　　USB控制器是以USB串口引擎為主的專用集成電路，并可延伸至對(duì)其進(jìn)行管理的MCU以及相應(yīng)的軟硬件。目前市場(chǎng)上供應(yīng)的USB控制器主要有2種：帶USB接口的單片機(jī)(MCU)或純粹的USB接口芯片。帶USB接口的單片機(jī)可分為2類：一類是從底層設(shè)計(jì)專用于USB控制的單片機(jī)，如Cypress公司的CY7C63513、CY7C64013等[1]，由于開發(fā)工具的專用性，往往應(yīng)用于各種專業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，如微機(jī)主板等[2-4]；另一類是增加了USB接口的普通單片機(jī)，如Intel公司的8X931、8X930以及Cypress公司的EZ-USB，由于均基于8051內(nèi)核，因而得到了廣泛應(yīng)用。

　　1 CY7C68013與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

　　Cypress公司的CY7C68013芯片是集成USB2.0協(xié)議的微處理器，支持12 Mb/s的全速傳輸和480 Mb/s的高速傳輸，具有控制傳輸、中斷傳輸、塊傳輸和同步傳輸4種傳輸方式，內(nèi)部包括一個(gè)增強(qiáng)型8051處理器內(nèi)核、一個(gè)串行接口引擎（SIE）、一個(gè)USB收發(fā)器、8.5 KB片上RAM和4 KB FIFO存儲(chǔ)器以及一個(gè)通用可編程接口(GPIF)。8051可工作在48 MHz/24 MHz/12 MHz時(shí)鐘頻率，內(nèi)部可自動(dòng)產(chǎn)生480 MHz的頻率供USB2.0串行收發(fā)引擎使用。由于數(shù)據(jù)緩沖器與SIE相連接，數(shù)據(jù)進(jìn)入收發(fā)器后，通過(guò)SIE可直接轉(zhuǎn)向FIFO，通過(guò)8 bit或16 bit數(shù)據(jù)接口與外設(shè)連接，存取數(shù)據(jù)。微控制器不參與數(shù)據(jù)傳輸，但允許以FIFO或RAM的方式訪問(wèn)這些共享FIFO，從而實(shí)現(xiàn)低速控制、高速傳輸。CY7C68013有GPIF/SLAVE FIFO/GPIO 3種接口模式，本系統(tǒng)采用Slave FIFO接口模式，選用控制傳輸和塊傳輸2種方式，外部控制器可像普通FIFO一樣對(duì)FIFO進(jìn)行讀寫。

　　本數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分為3部分：發(fā)送端和接收端、CY7C68013控制器、具有并/串(或串并轉(zhuǎn)換)功能的CPLD芯片（MAX7128）以及光纖傳輸模塊。其中，CY7C68013和MAX7128之間采用并行連接方式，MAX7128與激光發(fā)送（接收）模塊間是串行連接，如圖1(a)所示。

　　圖1(a)中，主機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到CY7C68013端點(diǎn)FIFO緩沖器中，然后CY7C68013將端點(diǎn)FIFO中的數(shù)據(jù)分字節(jié)放到一組I/O口上，并且使能讀信號(hào)，MAX7128讀取I/O上的邏輯值，當(dāng)接收512 B后，MAX7128將這512 B的數(shù)據(jù)從低到高串行發(fā)送給激光發(fā)送模塊；數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)光纖傳輸，進(jìn)入激光接收模塊，輸出串行信號(hào)，通過(guò)MAX7128實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)寬度為8 bit，通過(guò)CY7C68013的從屬FIFO的寫入時(shí)序即可將數(shù)據(jù)寫入CY7C68013的端點(diǎn)緩沖器中。

　　USB數(shù)據(jù)傳輸接口開發(fā)分為4個(gè)層次，接口硬件、接口軟件、驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序如圖1(b)所示。