基于USB接口的同步视频输出系统设计方案

在USB控制器中MCU的程序，它的主要功能是负责接收与处理主机发给设备的各种请求，并向主机返回设备的状态信息。FX2 系列的固件代码可以存储到主机中，设备上电复位以后通过USB电缆手动下载到FX2,这种方法易于升级，在系统的开发过程中很方便；固件代码可以固化到片外存储器EEPROM或者是ROM,设备上电以后，自动下载固件到片内RAM,这两种方法可以将系统固件做成产品，无须每次手动下载。

　　本系统中固件分两个部分，一个是数据通道的控制，一个是主机控制命令的应答。数据通道的控制主要是GPIF控制数据传输管道完成。而控制管道EP0则负责主机和USB设备端的去掉数据部分的通信：更改管道和端点配置信息，设置软件中断，更改GPIF视频图像传输的大小，获取重要寄存器的状态等等。

　　固件的程序框图如上所示。其中设备请求部分即为控制管道信息，是由单片机负责，而数据通道主要是通过GPIF操作，隔离了单片机的参与，提高数据传输速度。

　　固件代码编写使用Keil uVision,GPIF编程应用CYPRESS公司的GPIF工具（GPIFTOOL）。GPIF可以控制FX2端点FIFO,也可以产生六个控制输出端（CTL0~CTL5）和九根地址线输出，并且可以接收六个外部输入信号，并对这些信号进行逻辑编程控制，从而控制FX2与外部接口的读写时序。实际操作可以利用GPIFTOOL绘制波形描述符，转为C文件，配置各个相关的寄存器，控制SRAM接口读写逻辑。

　　SRAM硬件接口的时序图如下：

　　依据上面的波形图，我们只需要在S1结束的时候跳转S0 状态即可。将绘制的波形图应用GPIF TOOL转换为gpif.c文件，加入Project中，连接编译即可得到固件。

　　在固件编程中电源管理部分，由于FX2在首次枚举电流大约是75mA,FX2设备的识别则至少需要100mA,小于500mA,因此在固件中要加进电源检测，如果小于100mA,必须向主机申请更大的电流，直到主机正确识别FX2.

　　3.用户应用程序和USB设备驱动程序设计

　　USB设备驱动程序是连接USB外设、操作系统以及用户应用程序的桥梁，是USB设备连接到计算机系统的软件接口。

　　FX2 系列CYPRESS公司提供了一个通用的USB驱动程序ezusb.sys,可以实现USB外设和应用程序之间的一般的通信和控制功能，开发者如果需要实现系统特有的通信和控制功能，必须在此基础上加以修改，比如，通用USB驱动程序每一次块传输数据大小必须小于64KB,而一般一幅图像数据的大小大于或者等于64KB,如果要求每次传输一幅图像到USB外设，则必须在通用USB驱动程序上加以改动。

　　此外还需要在驱动程序中添加下载固件部分，在USB外设上电以后，可以自动下载固件到FX2的RAM中，FX2二次枚举，主机正确识别USB外设。

　　用户的应用程序是操作系统和用户的接口，它以不同的参数调用驱动程序的函

　　数，控制USB外设，实现用户定义系统的各种功能：读写视频图像，利用控制管道的用户定义命令对FX2进行监控以及重新下载固件等等。

　　应用程序的程序框图如下：

　　4.结束语

　　针对视频图像同步输出实际需要，本系统采用USB 2.0的高速协议，CYPRESS公司的FX2 USB 控制器，使USB设备接口硬件简化，引入视频显示部分的场同步信号触发数据流，视频图像的显示结果标准平滑。本系统视频图像的传输速度严格依据PAL制为50场/秒，GPIF的接口速度为24MB/s.此外本系统可扩展性强，方便实用，稍加改动，可以将任何数据从主机高速导入外设，目前可以达到最大速度为23MB/s;如果加入视频采集部分电路，就可成为一个实时采集视频系统。