EZ-USB FX2接口在生物电信号数据采集系统中的应用

5 固件程序设计
固件是设备运行的核心，其主要功能是控制EZ-USB FX2处理驱动程序请求(如请求设备描述符、请求或设置设备状态及设备接口等USB2．0标准请求)、向FPGA发送采集参数、通过EZ-USB FX2缓存数据并实时上传至PC等。
本系统中，即使使用外部逻辑和内置通用可编程接口，在没有CPU的干涉下能够通过4个端点FIFO处理高速带宽数据，固件还需器件初始化、GPIF波形初始化、控制和监测GPIF的动作。
5．1 器件初始化
同件初始化函数为TD_Init()，主要负责对EZ-USB FX2的初始化，在同件开始运行时调用该甬数。其初始化工作主要分为以下步骤：
(1)设置EZ-USB FX2的IFCLK输出频率，将时钟频率设置为内部时钟48 MHz；

(2)设置EZ-USB FX2的EP2为BULK、OUT传输方式，EP6为BULK、IN传输方式，均为4倍缓冲；

(3)复位EP2 FIFO并设置为Auto OUT模式，复位EP6FIFO并设置为Auto IN模式；

(4)调用GpifInit()函数，初始化GPIF所需的寄存器；对EP2OUT、GPIF使用EF标志，对EP6IN，GPIF使用FF标志；
(5)初始化PA2为输出引脚并置为低电平，高电平时点亮LED。
5．2 GPIF波形设计
EZ-USB FX2固件程序可指定某个波形为4个端点中的任意一个工作，GPIF将在接口产生使能信号和握手信号，将数据送入或送出端点FIFO。在本系统中，对 FPGA写命令时则通过FIFO Write实现；读取所采集到的数据时，则通过FI-FO Read实现。波形设计如下：
(1)图3为FIFO Write时序波形，用于向FPGA发送采集控制参数。S0为非活动状态，当WEN#置低时跳入S1状态，S2设为Next FIFO Data，依次将数据写入FPGA的寄存器中。

(2)图4为FIFO Read时序波形，它描述了采集数据的读传输，S0为非活动状态，S1为读操作的引导状态并将REN#置低。当接收到FPGA发送的DataRDY=1 后，跳入S2。将S2设为FlowState，逻辑控制数据从FPGA中读出并操作REN#的状态，即当Tcxpire=1时，将REN#置高，跳入 IDIE状态。在FlowState状态下，WEN#置高，写使能关闭。

5．3 数据采集流程
程序开始，主函数调用TD_Init()和Gpiflnit()函数，初始化寄存器，并通过2个自动指针寄存器AUTOPTR1和AU-TOPTR2，把生成的GPIF波形程序调入器件的RAM，然后状态机开始运行，产生所设计的控制波形。采集参数下传后，FPGA解析参数，延时，EZ-USB FX2向FPGA发送读使能信号，开始采集数据，数据采集程序流程如图5所示。如果FP-GA返回DataRDY=1，在TD_Poll()函数中执行读取数据传输程序。完成该过程后，程序根据主机请求，开始自动上传数据。

6 结束语
基于FPGA控制电路、EZ-USB FX2高速传输的数据采集系统，可同时采集16位生物电信号；EZ-USB FX2采用GPIF接口模式，8051可不参与数据传输，以突破高速、全速下的传输模式，解决了外围设备和EZ-USB FX2接口之间存在的传输瓶颈问题：同时A／D转换脱离了EZ-USB FX2，而由FPGA完全控制，避免了直接上传时的数据丢失。该系统设计具有结构简单、数据不丢失且传输速率高等优点，因此在生物电信号数据采集中具有良好的实用价值和应用前景。