CY7C68001與TMS320VC5416的接口設(shè)計

近年來，隨著數(shù)字信號技術(shù)的發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，處理的速度也越來越快，因此具有高速性能dsp芯片的應(yīng)用得到了廣泛重視。而通過dsp處理的數(shù)據(jù)往往要傳輸給pc機進行存儲和再處理，那么就必須研究dsp與pc機之間的高速通信問題，所以今年發(fā)展起來的usb 2.0技術(shù)及其高速易擴展等特點得到越來越廣泛的應(yīng)用，本文就是使用usb 2.0芯片cy7c68001和dsp芯片tms320vc5416來實現(xiàn)dsp與pc機通信的。

1 cy7c68001芯片特點描述

cy7c68001是用來連接微處理器或dsp的dma從裝置，其內(nèi)部不含微處理器；集成有usb2.0收發(fā)器（物理層）、usb2.0串行接口引擎sie（鏈路層、實現(xiàn)底層通信協(xié)議）、4kb的fifo和電壓調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)；支持高速（480mb/s）或全速（12mb/s）傳輸；3.3v操作電壓，24mhz外部振蕩頻率；可以選擇8位或16位總線方式；具有同步與異步的fifo接口；他可以向用戶提供足夠的端口，緩沖區(qū)和傳輸速度，提供usb2.0協(xié)議要求的全部4種傳輸方式（控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和同步傳輸），可以滿足用戶對各種類型數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆Ｆ系拇薪涌谔幚砥鳎╯ie）能完成大部分的usb協(xié)議操作，使用戶可以擺脫復雜的協(xié)議細節(jié)，簡化了用戶配置代碼，加快了程序開發(fā)過程。但是由于采用的是不帶mcu內(nèi)核的usb接口芯片，usb的應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)該由tms320vc5416編程實現(xiàn)，usb固件的加載必須靠dsp控制cy7c68001完成。

2 cy7c68001芯片寄存器

2.1 cy7c68001配置寄存器

usb的配置寄存器主要有ifconfig，flagsab，flagscd，polar，revid。ifconfig配置usb的接口方式；flagsab與flagscd確定flagx所代表的狀態(tài)；polar確定fifo接口信號的極性；revid讀版本號。

2.2 endpoint配置寄存器

配置usb四個節(jié)點，主要有epxcfg，epxpktlenh與epxpktlenl，epxpeh與epxpel，epxisoinpkts幾類寄存器（x的值為2，4，6，8）：epxcfg配置每一個endpoint的類型；epxpktlenh與epxpktlen設(shè)置每個節(jié)點包的大小；epxpfh與epxpfl確定每個節(jié)點的可編程的標志位；epxisoinpkts確定等時同步傳輸時，每一幀的數(shù)據(jù)包個數(shù)。

2.3 狀態(tài)寄存器

狀態(tài)寄存器有ep24flags與ep68flags；ep24flags確定節(jié)點2與4的fifo的狀態(tài)；ep68flags確定節(jié)點6與8的fifo的狀態(tài)。

2.4 usb幀狀態(tài)寄存器

usb總線配置寄存器主要有usbframeh、usbframel、microframe、fnaddr來確定usb每一幀的狀態(tài)，usbframeeh/l寄存器確定每一幀的數(shù)據(jù)長度；microframe寄存器確定每一個微幀的數(shù)據(jù)個數(shù)；fnaddr寄存器保存自舉時的7位地址。

2.5 節(jié)點0（endpoint0）操作寄存器

節(jié)點0（endpoint0）操作寄存器主要包括fp0buf，setup，ep0bc三個寄存器：ep0buf寄存器是節(jié)點0的緩沖寄存器，通過他可以完成對節(jié)點0數(shù)據(jù)的訪問；setup寄存器從計算機接收set－up數(shù)據(jù)包；ep0bc，節(jié)點0中的數(shù)據(jù)的個數(shù)。

2.6 其他寄存器

inpktend/flush寄存器強制數(shù)據(jù)包結(jié)束或清空fifo；interrupts寄存器為中斷使能寄存器；desc寄存器可以完成對描述表的操作。

3 tms320vc5416與cy7c68001的硬件接口

本設(shè)計將cy7c68001配置在tms320vc5416的i/o空間，采用cy7c68001的并行異步讀寫方式完成二者之間數(shù)據(jù)和命令的交換。其原理框圖如圖1所示。

cy7c68001除了存儲器接口外，還有1個中斷信號usbint反和4個狀態(tài)信號（ready，flaga，flagb和flagc），中斷信號usbint反，擴展總線的xint2反，操作復用tms320vc5416的外部中斷int2反被配置在系統(tǒng)狀態(tài)寄存（sysstat1）中，可由tms320vc5416查詢，以確定真正的中斷源，狀態(tài)信號ready，flaga，flagb和flagc配置在本系統(tǒng)狀態(tài)寄存器0（sysstat0）中，可由tms320vc5416查詢，由于采用了cpld，增強了系統(tǒng)的靈活性和可擴充性。在實際操作中，由于通信速度達到了480mb/s，所以采用4層板設(shè)計，而且對電源要進行很好的退耦處理，對dsp所需的16mhz有源晶振和cy7c68001用到的24mhz有源晶振要進行鋪銅處理。

4 tms320vc5416對cy7c68001的操作

cy7c68001有2個外部接口：

（1）命令接口：用來訪問cy7c68001寄存器、endpoint0緩沖器及描述表；
（2）fifo數(shù)據(jù)接口：用來訪問4個1kb的fifo中的數(shù)據(jù)。
這兩個外部接口均可以通過同步或異步的方式進行訪問。在本系統(tǒng)中均采用異步的方式進行訪問的，命令口的命令字：

ad：地址/數(shù)據(jù)選擇，為0時表示本操作為數(shù)據(jù)讀或?qū)?，?時表示本操作為地址寫；
r/w：讀/寫操作選擇，為0時進行寫，為1時進行讀；
d[5：0]：地址/數(shù)據(jù)，當ad＝0時，d[3：0]為數(shù)據(jù)半字節(jié)，d[5：4]未用，命令字為8位，故命令字數(shù)據(jù)分二次讀出或?qū)懭?；當ad＝1時，d[5：0]包含將要尋址的命令寄存器的地址。

4.1 命令口的讀/寫操作

系統(tǒng)中cy7c68001作為tms320vc5416的外設(shè)，占用tms320vc5416的i/o空間，地質(zhì)為0x0007－0x0000。地址分配如下：fifo2，fifo4，fifo6，fifo8和命令口的地址分別為000，001，010，011，100，而地址101，110，111則保留。cy7c68001的地址線fifoadr[2：0]為100b時，選中cy7c68001的命令口。通過cy7c68001的命令口，可以訪問37個寄存器、endpoint0緩沖器（64個字節(jié)fifo）和描述表（500個字節(jié)fifo）等，如果將endpoint0緩沖器和描述表也看成是寄存器，那么單個命令口下內(nèi)含了眾多的寄存器，對這些寄存器進行讀/寫訪問采用二次尋址方式，即首先通過命令口將要尋址寄存器子地址和操作類型（讀操作還是寫操作）寫入，然后再通過命令口將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭胂鄳?yīng)的寄存器，寫入命令口的內(nèi)容稱為命令字，命令字包含要尋址的寄存器的子地址，或是要寫入寄存器數(shù)據(jù)的高位4位或低4位，讀命令口必須在給命令口寫入命令字之后，所讀出的為相應(yīng)寄存器的8位數(shù)據(jù)。在這里，對寄存器的操作均以8位數(shù)據(jù)寬度進行。

4.1.1 tms320vc5416對cy7c68001寄存器的寫操作過程

（1）將tms320vc5416對i/o空間訪問的等待周期設(shè)為7；
（2）通過檢查系統(tǒng)狀態(tài)寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready線變高；

（3）尋址cy7c68001命令口（最低3位地址必須為100b），將10xx，xxxxb寫命令字寫入命令寄存器（xx，xxxxb代表需尋址的寄存器的子地址）；
（4）通過檢查系統(tǒng)狀態(tài)寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready線變高；
（5）尋址cy7c68001命令口（最低3位地址必須為100b），將0xxx，d7d6d5d4b數(shù)據(jù)高4位命令字寫入命令寄存器（d7d6d5d4b代表要寫入的數(shù)據(jù)的高4位）；
（6）通過檢查系統(tǒng)狀態(tài)寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready線變高；
（7）尋址cy7c68001命令（最低3位地址必須為100b），將0xxx，d3d2d1d0b數(shù)據(jù)低4位命令字寫入命令寄存器（d3d2d1d0b代表要寫入的數(shù)據(jù)的低4位）。

4.1.2 tms320vc5416對cy7c68001寄存器的讀操作過程

（1）tms320vc5416對i/o空間訪問的等待周期設(shè)為7；
（2）通過檢查系統(tǒng)狀態(tài)寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready線變高；
（3）尋址cy7c68001命令口（最低3位地址必須為100b），將11xx，xxxxb讀命令字寫入命令寄存器（xx，xxxxb代表需尋址的寄存器的子地址）；
（4）等cy7c68001申請tms320vc5416的外部中斷xint2反；
（5）尋址cy7c68001命令口（最低3位地址必須為100b），讀cy7c68001命令口。
4.2 fifo數(shù)據(jù)接口的操作

對數(shù)據(jù)接口的寫操作用到了sx2_fifowritesingle（）函數(shù)，負責向usb的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中寫數(shù)據(jù)，由于這個寫程序是在主頻為160mhz時的設(shè)置，為了滿足數(shù)據(jù)保持時間最小為10ns，需要清空流水線，加入3個空操作nop，i/o系統(tǒng)的等待周期為2個；對數(shù)據(jù)接口讀操作用到了函數(shù)sx2_fiforeadsingle（），例如從端口4讀一個字節(jié)
popm ah popm al pshm al pshm ah sub＃1，a bc fifo_r3rd，aneq portr usbfifo4，＊ar0 popm ah popm al b fiforeadexit
另外，程序中用到了中斷函數(shù)int2_isr（），在讀周期，主機申請讀寄存器的值，此時產(chǎn)生中斷，從sx2讀進數(shù)據(jù)；

5 usb的編程

5.1 usb的初始化

cy7c68001有e2prom自舉和通過dsp自舉2種自舉方式，在本系統(tǒng)中這兩種方式均可以，一般采用e2prom來進行usb的初始化，在e2prom中初始化的順序如下：
0xc4通知ez_usb sx2有一個有效的e2prom存在；
ifconfig 設(shè)置ifconfig寄存器，其函數(shù)為write_sx2reg（）；
polar設(shè)置各個信號的極性，其中slow，slrd，slwr只能由e2prom來配置；
descriptor 是否從e2prom中裝入初始化表。當值為0xc4時裝入，反之等待master裝入；
descriptor length 這是兩個字節(jié)的空間，指示e2prom中descriptor的長度；
descriptor data 描述表的內(nèi)容，其函數(shù)為load_descriptors（）。
usb的編程主要分為2個部分，一是host方面驅(qū)動程序的編寫，一是有關(guān)dsp與usb數(shù)據(jù)與命令的交換，

5.2 host端程序

host端需要編寫usb設(shè)備驅(qū)動程序和應(yīng)用程序。

usb設(shè)備驅(qū)動程序主要是通過調(diào)用微軟的usbd.sys來實現(xiàn)pc機與usb總線的數(shù)據(jù)交換。因而usb設(shè)備驅(qū)動程序主要完成的功能如下：

（1）對相應(yīng)的usb設(shè)備建立設(shè)備驅(qū)動對象并完成對usb設(shè)備的初始化；
（2）完成usb設(shè)備的即插即用功能；
（3）完成usb設(shè)備電源的管理；
（4）實現(xiàn)對usbd.sys的調(diào)用，完成對usb設(shè)備的控制與數(shù)據(jù)的交換；
（5）實現(xiàn)對usb通訊措施的處理。

usb設(shè)備應(yīng)用程序主要用到以下幾個函數(shù)：

opendriver（）打開驅(qū)動程序；
closedriver（）關(guān)閉驅(qū)動程序；
sx2getdevicedesc（）獲取描述表；
sx2getconfigdesc（）獲取配置說明；
sx2getpipeinfo（）獲取接口信息；
sx2sendvendorreq（）向usb發(fā)送請求；
sx2bulkdatatrans（）在pc和usb間傳遞數(shù)據(jù)。

5.3 tms320vc5416端程序

tms320vc5416是通過其i/o口來完成cy7c68001的數(shù)據(jù)交換的，在這部分程序中主要完成以下功能：

（1）完成對命令接口的讀與寫；
（2）完成對fifo接口的讀與寫；
（3）完成tms320vc5416對usb的自舉；
（4）完成tms320vc5416與usb的控制命令的傳輸；
（5）完成tms320vc5416與usb的各種方式的數(shù)據(jù)傳輸。

6 結(jié)語

本文以tms320vc5416為核心，利用cy7c68001實現(xiàn)了usb2.0設(shè)備接口協(xié)議，試驗證明該系統(tǒng)可以滿足高速信號處理的要求，并具有速度快和可靠性高等優(yōu)點。