實(shí)例講解usb2.0的固件設(shè)計(jì)方法

usb總線(xiàn)是在1995年被提出，并由7個(gè)計(jì)算機(jī)和通信工業(yè)領(lǐng)先的公司所組成的聯(lián)盟所定義并加以推廣，1999年usb的第三個(gè)版本usb2.0發(fā)布，usb2.0利用傳輸時(shí)序的縮短以及相關(guān)的傳輸技術(shù)，將整個(gè)傳輸速度從原來(lái)12mbps提高到480mbps，整整提高了40倍。usb2.0除了有傳輸速度快之外，還有眾多優(yōu)點(diǎn)，如統(tǒng)一了各種接口設(shè)備的連接頭并使用單一專(zhuān)用的接頭型號(hào)，最多可以連接127個(gè)接口設(shè)備，最突出的優(yōu)點(diǎn)是具有“熱插撥”的特性，可以即插即用，并能自動(dòng)檢測(cè)與配置系統(tǒng)的資源。但其開(kāi)發(fā)難度比較大，其中設(shè)備的固件設(shè)計(jì)即是難點(diǎn)之一。

在usb設(shè)備與主機(jī)正常通信之前，主機(jī)必須檢測(cè)并配置設(shè)備，所以用戶(hù)必須編寫(xiě)固件程序代碼，響應(yīng)主機(jī)的控制請(qǐng)求命令，并且能夠提供描述符，使主機(jī)了解設(shè)備的功能，從而配置設(shè)備，開(kāi)始與設(shè)備的正常通信。另外，固件還要完成正常的數(shù)據(jù)傳輸功能。

cy7c68013芯片簡(jiǎn)介

cypress公司的ez-usb fx2芯片cy7c68013是一款性能較高的usb2.0微控制器。在單片機(jī)上集成usb2.0收發(fā)器﹑sie(串行接口引擎)﹑增強(qiáng)的8051微控制器和可編程的外圍接口。ez-usb fx2中的智能sie可以處理大部分usb2.0協(xié)議，使得微控制器可以專(zhuān)注于應(yīng)用功能，從而減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間﹑確保了usb的兼容性，其內(nèi)部功能框圖如圖1所示。

a.帶有加強(qiáng)的8051內(nèi)核性能，可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)8051的5~10倍，且與標(biāo)準(zhǔn)8051的指令完全兼容；

b.集成度高， 芯片內(nèi)部集成微處理器、ram、sie(串行接口引擎)等多個(gè)功能模塊，從而減少了多個(gè)芯片接口部分需要時(shí)序配合的麻煩；
c.采用軟配置，在外設(shè)未通過(guò)usb 接口接到pc機(jī)之前， 外設(shè)上的固件存儲(chǔ)在pc上；而一旦外設(shè)連接到pc 機(jī)上,pc 則先詢(xún)問(wèn)外設(shè)是“誰(shuí)”(即讀設(shè)備描述符) ，然后將該外設(shè)的固件下載到芯片的ram中，這個(gè)過(guò)程叫做再枚舉。這樣，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，當(dāng)固件需要修改時(shí)，可以先在pc 機(jī)上修改好， 然后再下載到芯片中；

d.具有易用的軟件開(kāi)發(fā)工具，該芯片開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序和固件的開(kāi)發(fā)和調(diào)試相互獨(dú)立，可加快開(kāi)發(fā)的速度。

(2) cy7c68013有三種可用的接口模式： 端口、gpif主控和從fifo方式。

a.在“端口”模式下，所有i/o引腳都可作為8051的通用i/o口。

b.在“從fifo”模式下，外部邏輯或外部處理器直接與fx2端點(diǎn)fifo相連。在這種模式下，gpif 不被激活，因?yàn)橥獠窟壿嬁芍苯涌刂苀ifo。這種模式下，外部主控端既可以是異步方式，也可以是同步方式，并可以為fx2 接口提供自己的獨(dú)立時(shí)鐘。

c.“gpif主控”接口模式使用portb 和portd 構(gòu)成通向四個(gè)fx2端點(diǎn)fifo( ep2 ，ep4 ， ep6和ep8)的16位數(shù)據(jù)接口。gpif 作為內(nèi)部的主控制器與fifo直接相連, 并產(chǎn)生用戶(hù)可編程的控制信號(hào)與外部接口進(jìn)行通信。同時(shí)，gpif 還可以通過(guò)rdy引腳采樣外部信號(hào)并等待外部事件。由于gpif 的運(yùn)行速度比f(wàn)ifo 快得多，因此其時(shí)序信號(hào)具有很好的編程分辨率。另外，gpif 既可以使用內(nèi)部時(shí)鐘，也可以使用外部時(shí)鐘。

固件程序的功能和基本架構(gòu)

固件程序是所有基于微控制器及其外圍電路的功能設(shè)備正常工作必不可少的部分，其作用就是輔助硬件，主要有以下幾種功能：

a.初始化工作，包括設(shè)置一些特殊功能寄存器的初值以實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)備屬性或者功能，例如開(kāi)中斷，使能端點(diǎn)，配置端口等。 b.輔助硬件完成設(shè)備的重新列舉過(guò)程，包括模擬設(shè)備的斷開(kāi)與重新連接，對(duì)接收到的設(shè)置包進(jìn)行分析判斷，從而對(duì)主機(jī)的設(shè)備請(qǐng)求作出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，完成主機(jī)對(duì)設(shè)備的配置任務(wù)。

c.對(duì)中斷的處理。

d.數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

e.外圍電路的控制。

cypress公司為了簡(jiǎn)化和加速用戶(hù)使用ez-usb fx2芯片進(jìn)行usb外設(shè)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，提供了一個(gè)完整的固件程序的架構(gòu)，用戶(hù)只需要提供一個(gè)usb描述符表，添加其他端點(diǎn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信代碼，以及控制外圍電路的程序代碼。

固件程序框架的流程如圖2所示。

fw.c固件架構(gòu)原始的程序代碼

periph.c用戶(hù)副函數(shù)鉤子的相關(guān)定義，主要的用戶(hù)函數(shù)應(yīng)用代碼

gpif.c含有g(shù)pif波形描述符表，可以實(shí)現(xiàn)波形的傳輸

dscr..a51 usb描述符表的范例

fx2.h 共同的fx2常數(shù)，宏，數(shù)據(jù)類(lèi)型以及函數(shù)庫(kù)內(nèi)副函數(shù)的雛形框架

fx2regs.h fx2寄存器的聲明與位屏蔽常數(shù)

cy7c68013的固件程序編寫(xiě)實(shí)例

通過(guò)cy7c68013的gpif方式下的單字節(jié)讀寫(xiě)實(shí)例來(lái)說(shuō)明固件程序的編寫(xiě)方法。圖3是cy7c68013與sram的硬件連接圖。

其初始化程序代碼如下所示：




usb描述符表和用戶(hù)函數(shù)可根據(jù)所用的方式和需要的功能進(jìn)行簡(jiǎn)單編寫(xiě)，在這不再詳細(xì)的羅列代碼。

結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，提出了usb2.0的固件設(shè)計(jì)方法和具體步驟，并給出了具體實(shí)例。本文所使用的范例代碼是從實(shí)際項(xiàng)目中截取的，希望對(duì)讀者設(shè)計(jì)設(shè)備固件程序能有所幫助。