基于CY7C68013的高速数据传输系统的设计

USB控制器是以USB串口引擎为主的专用集成电路，并可延伸至对其进行管理的MCU以及相应的软硬件。目前市场上供应的USB控制器主要有2种：带USB接口的单片机(MCU)或纯粹的USB接口芯片。带USB接口的单片机可分为2类：一类是从底层设计专用于USB控制的单片机，如Cypress公司的CY7C63513、CY7C64013等，由于开发工具的专用性，往往应用于各种专业应用场合，如微机主板等[2-4]；另一类是增加了USB接口的普通单片机，如Intel公司的8X931、8X930以及Cypress公司的EZ-USB，由于均基于8051内核，因而得到了广泛应用。

1 CY7C68013与系统结构简介

Cypress公司的CY7C68013芯片是集成USB2.0协议的微处理器，支持12 Mb/s的全速传输和480 Mb/s的高速传输，具有控制传输、中断传输、块传输和同步传输4种传输方式，内部包括一个增强型8051处理器内核、一个串行接口引擎（SIE）、一个USB收发器、8.5 KB片上RAM和4 KB FIFO存储器以及一个通用可编程接口(GPIF)。8051可工作在48 MHz/24 MHz/12 MHz时钟频率，内部可自动产生480 MHz的频率供USB2.0串行收发引擎使用。由于数据缓冲器与SIE相连接，数据进入收发器后，通过SIE可直接转向FIFO，通过8 bit或16 bit数据接口与外设连接，存取数据。微控制器不参与数据传输，但允许以FIFO或RAM的方式访问这些共享FIFO，从而实现低速控制、高速传输。CY7C68013有GPIF/SLAVE FIFO/GPIO 3种接口模式，本系统采用Slave FIFO接口模式，选用控制传输和块传输2种方式，外部控制器可像普通FIFO一样对FIFO进行读写。

本数据传输系统分为3部分：发送端和接收端、CY7C68013控制器、具有并/串(或串并转换)功能的CPLD芯片（MAX7128）以及光纤传输模块。其中，CY7C68013和MAX7128之间采用并行连接方式，MAX7128与激光发送（接收）模块间是串行连接，如图1(a)所示。



图1(a)中，主机将数据发送到CY7C68013端点FIFO缓冲器中，然后CY7C68013将端点FIFO中的数据分字节放到一组I/O口上，并且使能读信号，MAX7128读取I/O上的逻辑值，当接收512 B后，MAX7128将这512 B的数据从低到高串行发送给激光发送模块；数据经过光纤传输，进入激光接收模块，输出串行信号，通过MAX7128实现串并转换，数据宽度为8 bit，通过CY7C68013的从属FIFO的写入时序即可将数据写入CY7C68013的端点缓冲器中。

USB数据传输接口开发分为4个层次，接口硬件、接口软件、驱动和应用程序如图1(b)所示。

2 固件程序设计

由于高速数据传输不需要固件程序参与，固件程序仅仅处理主机的发送请求。在发送端，固件将数据放置到I/O口上供MAX7128读取；在接收端，MAX7128完成串并转换后，将数据用特定时序写入CY7C68013。此时只需设定寄存器，固件程序相对简单，图2为发送和接收固件程序流程。



CY7C68013芯片固件程序负责处理主（从）机发送来的各种请求，以完成与外围电路间的各种数据传输。本系统固件一共包含九个程序文件，其中的头文件分别定义了CY7C68013中的寄存器名和特殊功能寄存器、通用的CY7C68013常量、数据类型和宏、特殊功能寄存器所需要的同步延迟宏、用来描述CY7C68013状态的各种USB描述符、INT2和INT4中断跳转表等。主函数负责处理标准USB请求和自定义请求，控制整个硬件系统的运行。接收端固件主循环不用做任何操作，与发送端程序流程图完全相同。其固件运行的主程序清单如下，负责处理主机发出的各种USB请求。
……
TD_Init()；//初始化用户设备
EZUSB_IRQ_ENABLE()；//使能USB中断（INT2)
EZUSB_ENABLE_RSMIRQ()；//使能唤醒中断
INTSETUP |=(bmAV2EN | bmAV4EN)；//使能INT2
//和INT4中断跳转向量
USBIE |=bmSUDAV | bmSUTOK | bmSUSP | bmURES |
bmHSGRANT；//使能所选择的中断
EA=1；//打开8051中断
UsbDisconnect()；
CKCON=(CKCON&("bmSTRETCH)) | FW_STRETCH_
VALUE；//设为0值
Sleep=FALSE；//清除sleep标志
while(TRUE)//主循环
{
  if(GotSUD)//等待SETUP令牌数据的到来
  {
   ParseControlTransfer()；//处理SETUP令牌数据
   GotSUD=FALSE；//清除SUDAV标志
  }
  if (Sleep)
  {
   Sleep=FALSE；//清除sleep标志
   do
   {
   EZUSB_Susp()；//置8051为空闲
   }
   while(!Rwuen&&EZUSB_EXTWAKEUP())；
   EZUSB_Resume()；//从空闲状态恢复
  }
  TD_Poll()；//完成用户任务
}
……
需要强调的是：固件程序设计完成后需要进行调试，确保系统硬件正常工作。

(1)工作时钟频率的确定：晶振两引脚对地电压均为1.6 V左右，此时CLKOUT引脚默认输出为24 MHz，当输出48 MHz时，电压为2.5 V。

(2)电平触发中断方式：中断后一定要读上次传输状态寄存器（命令40 H"45 H），以清除中断寄存器中的中断标志，这样中断输出才能变回高电平。

(3)使能端口：接收到Setup包后，必须用ACKsetup命令重新使能端口为低电平。

(4)缓冲区数据标志：在向IN端点写完数据后，必须设置EP2BCH，指明缓冲区中的数据有效，示意可以发送到主机。当IN端点的数据被外设读走后，一定要调用OUTPKTEND来清除缓冲区数据，否则无法向IN端点写入数据。

在USB设备枚举的过程中，可采用USB调试工具BusHound软件来抓取它和主机的通信数据进行分析，以检查硬件和固件程序的工作是否正确。