深度解讀基于USB接口VSAT基帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CPLD控制采集外部數(shù)據(jù)的時(shí)鐘可同時(shí)作為CY7C68013的從FIFO模式的讀寫(xiě)控制時(shí)鐘，即CY7C68013的接口時(shí)鐘連接到IFCLK引腳，F(xiàn)LAGA-FLAGD為FIFO標(biāo)志引腳，用于映射FIFO的當(dāng)前狀態(tài)，SLWR/SLRD是CY7C68013從FIFO的寫(xiě)使能/讀允許信號(hào)，CPLD向CY7C68013從FIFO提供從FIFO輸出允許信號(hào)SLOE，僅在數(shù)據(jù)輸出時(shí)有效，F(xiàn)D[15：0]為16位雙向數(shù)據(jù)總線。FIFOADR[1：0]為端點(diǎn)FIFO選擇信號(hào)。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分包括固件、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

3.1 USB設(shè)備固件程序設(shè)計(jì)

固件程序是指運(yùn)行在設(shè)備CPU中的程序，是整個(gè)程序設(shè)備的核心，可采用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，CyPress為用戶提供了一個(gè)固件程序框架，幫助用戶完成相當(dāng)一部分USB協(xié)議相關(guān)的工作，用戶只需根據(jù)外設(shè)功能的具體要求，在相應(yīng)的函數(shù)中填寫(xiě)函數(shù)體。Cypress提供的這一框架程序簡(jiǎn)化了用戶的固件程序設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)固件開(kāi)發(fā)所使用的編程語(yǔ)言為德國(guó)Keil公司的C51編譯器，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為μVision2，該固件共包含以下5個(gè)文件：

1)ez-usb.lib

是EZ USB函數(shù)庫(kù)對(duì)象程序代碼。

2)usbjmptb.obj

定義了FX2中INT2和INT4的中斷跳轉(zhuǎn)表。

3)dscr.a51

包含描述符的表數(shù)據(jù)，包括設(shè)備描述符、設(shè)置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符和字串描述符等，用來(lái)定義設(shè)備的ID號(hào)、端點(diǎn)的設(shè)置特性，主機(jī)就是通過(guò)讀取設(shè)備的描述符來(lái)獲取USB外設(shè)的功能特性，從而給設(shè)備加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序并配置設(shè)備。

4)fw.c

是固件運(yùn)行的主程序文件，負(fù)責(zé)處理主機(jī)發(fā)出的各種USB設(shè)備請(qǐng)求，該程序首先初始化所有的內(nèi)部狀態(tài)變量，然后調(diào)用TD_Init函數(shù)進(jìn)行初始化，并打開(kāi)中斷。之后，固件程序開(kāi)始列舉USB設(shè)備，直至在端點(diǎn)0上接收到SETUP令牌包時(shí)為止。一旦接收到STUP令牌，其將重復(fù)執(zhí)行下面的任務(wù)分配過(guò)程：調(diào)用用戶函數(shù)TD_Poll，以完成用戶指定的任務(wù);檢測(cè)是否有USB設(shè)備請(qǐng)求(SETUP令牌)如果有，則執(zhí)行指令并作出相應(yīng)的操作，如果沒(méi)有，則繼續(xù)向下執(zhí)行，檢測(cè)USB核是否有USB掛起實(shí)踐，如果有USB掛起事件，則調(diào)用用戶程序TD_Suspend，交由用戶處理;當(dāng)TD_Suspend返回為真時(shí)，USB核檢測(cè)是否重新開(kāi)始事件，如果沒(méi)有USB掛起事件，則使處理器處于掛起狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)有重新開(kāi)始的事件，USB核調(diào)用用戶程序TD_Resume，并繼續(xù)執(zhí)行本步驟，當(dāng)TD_Suspend返回為假時(shí)，則繼續(xù)執(zhí)行本步驟。

5)periph.c

包含各種用戶功能函數(shù)(如TD_Init、TD_Poll等)及其INT2中斷服務(wù)子程序的定義，它實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)的主要功能。

在本系統(tǒng)中，把端點(diǎn)2配置為批量傳輸、IN方向，封包大小為512字節(jié)，每微幀包含2個(gè)封包，數(shù)據(jù)傳輸速率為64Mbit/s為就可滿足實(shí)際需要，終端0作為默認(rèn)的控制傳輸管道來(lái)處理USB事件。

3.2 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

FX2的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有兩種：一種用來(lái)在設(shè)備接入時(shí)從主機(jī)下載固件到RAM中，稱為固件下載驅(qū)動(dòng)程序(ezloader.sys);另一種是在設(shè)備重新列舉后加載的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(ezusb.sys)。應(yīng)用軟件通過(guò)該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與FX2通信。

固件的程序代碼既可以通過(guò)外部E2PROM下載，也可以通過(guò)主機(jī)下載在本系統(tǒng)中選擇從主機(jī)下載，此時(shí)外接E2PROM中存放的是固件下載的PID/VID，且第1個(gè)字節(jié)是0xC0H，系統(tǒng)通過(guò)該P(yáng)ID/VID找到固件下載驅(qū)動(dòng)程序(ezloader.sys)將相應(yīng)的固件代碼下載到FX2的RAM中。ezloader.sys的生成是利用Cypress公司提供的固件下載驅(qū)動(dòng)程序源代碼和用戶編譯成功的固件代碼。在Win2000 DDK中創(chuàng)建的，并根據(jù)E2PROM提供的PID/VID修改相應(yīng)的.inf文件，在將固件下載RAM中后，系統(tǒng)清楚內(nèi)存中的固件下載驅(qū)動(dòng)程序，并進(jìn)行重新列舉，讓C8051固件控制FX2，此時(shí)，系統(tǒng)獲得由C8051固件提供的PID/VID(與E2PROM中的不同)，認(rèn)為有新的USB設(shè)備接入，并據(jù)此加載相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

Ezusb.sys是本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所使用的主要驅(qū)動(dòng)程序，它定義了幾個(gè)IOCTL代碼，其中：IOCTL_Ezusb_GET_DEVICE_DESCRIPTOR用于讀取USB設(shè)備描述符;IOCTL_Ezusb_GET_CONFIGURATION_DESCRIPTOR用于讀取USB設(shè)備的配置信息，IOCTL_Ezusb_BULK_READ用于主機(jī)讀取USB設(shè)備發(fā)出的塊數(shù)據(jù)，IOCTL_Ezusb_GET_CURRENT_FRAME_NUMBER，用于讀取USB傳輸過(guò)程中當(dāng)前的幀序號(hào)。

3.3 用戶程序設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中，可用VC++編制應(yīng)用程序。所有的用戶程序是通過(guò)I/O控制調(diào)用來(lái)訪問(wèn)EZ-USB的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的，可以把EZ-USB設(shè)備當(dāng)成文件來(lái)操作，利用CreateFile得到EZ-USB句柄，通過(guò)得到的句柄，用一個(gè)Win32函數(shù)DeviceIoControl()，把IOCTL和相關(guān)的輸入輸出緩沖區(qū)提交給驅(qū)動(dòng)程序，來(lái)進(jìn)行控制傳輸，用ReadFile，WriteFile進(jìn)行批量傳輸。當(dāng)應(yīng)用軟件退出時(shí)，用CloseHandle()關(guān)閉設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程的需要，提出了基于USB接口的VSAT基帶數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)方案，并給出了硬件系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì)方法，在USAT通信的實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)與后端軟件結(jié)合，很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)VSAT數(shù)據(jù)的分析與處理，可廣泛應(yīng)用于VSAT通信系統(tǒng)中。