基于EZ-USB的数据传输接口设计

　　０　引言

　　ＵＳＢ控制器采用通用连接技术以实现与外设的简单快速连接，具有连接灵活、使用方便、速度快、扩展能力强等优点，使得其一些高速、高精度的信号采集领域中，　具有极大的应用价值［１］。　ＥＺ－ＵＳＢ序列芯片ＡＮ２１３１Ｑ是Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的内嵌微控制器的８０ｐｉｎ的ＵＳＢ接口控制芯片，它采用了一种基于内部ＲＡＭ的解决方案，允许客户随时不断地设置和升级，不受端口数、缓冲大小、传输速度及传输方式的限制［２］。片内嵌有一个增强型８０５１微控制器，与标准的８０５１相比，其速度快３倍。本文将ＵＳＢ控制器ＥＺ－ＵＳＢ２１３１Ｑ用于基于ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９的水声信号采集及混沌特性研究系统中，实现了数据的高速传输。

　　１　ＵＳＢ控制器与ＤＳＰ的连接

　　１．１　　ＡＮ２１３１Ｑ和ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９的硬件连接

　　在ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９和ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ硬件连接中，采用ＦＩＦＯ（ｆｉｒｓｔ　ｉｎ　ｆｉｒｓｔ　ｏｕｔ　ＳＲＡＭ）连接方法，除了能确保ＤＳＰ和主机间的数据传输速度只受ＵＳＢ协议限制外，还能使ＵＳＢ控制器和ＤＳＰ之间的最大数据交换速度超过ＵＳＢ总线的速度。

　　由于ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ内嵌有加强型的８０５１处理器，可使用两片ＦＩＦＯ（ＦＩＦＯ选用ＩＤＴ７２Ｖ０２，它具有１Ｋ×９位的内存）可以实现ＵＳＢ控制器和ＤＳＰ之间的双向通信。从ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ或者ＤＳＰ传输的数据首先保存在ＦＩＦＯ中，然后再由ＤＳＰ或者ＡＮ２１３１Ｑ读走，从而使得数据的传输不会出现堵塞情况，其硬件连接框图如图１所示。

　　图１　　　ＡＮ２１３１Ｑ和ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９的连接图

　　１．２　　　　　　　　ＡＮ２１３１Ｑ和ＩＤＴ７２Ｖ０２的连接

　　ＩＤＴ７２Ｖ０２状态信号有空（ＥＦ）、半满（ＨＦ）和满（ＦＦ），它们都在ＦＩＦＯ为低电平时有效。其与ＡＮ２１３１Ｑ的连接如图２所示。

　　图２　　　ＡＮ２１３１Ｑ和ＩＤＴ７２Ｖ０２的连接图

　　１．３　　ＡＮ２１３１Ｑ和ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９的软件连接

　　ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ和ＤＳＰ之间的软件部分包括４个部分，分别是ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３ｌＱ对ＦＩＦ０１的写、ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ对ＦＩＦ０２的读、ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９对ＦＩＦ０１的读、ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９对ＦＩＦＯ２的写。为了描述的方便，将ＦＩＦ０１的３个状态信号分别称为　、　和　，对应ＦＩＦ０２的为　、　、　。

　　（１）ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ写ＦＩＦＯ１

　　当ＵＳＢ总线上有数据要传送至ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９时，　ＡＮ２１３１Ｑ查询　，若　无效，　ＡＮ２１３１Ｑ一次向ＦＩＦＯ１写入一个数据包（数据包要小于或等于ＦＩＦＯ１容量的一半），而且ＡＮ２１３１Ｑ一次向ＦＩＦＯ１写入每一个字节时不需再查询　。

　　（２）　ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９读ＦＩＦＯ１

　　ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９每次从ＦＩＦＯ１中读入一个数据包，每读一个字节前，ＤＳＰ需要查询　，只有当　无效（ＦＩＦＯ１不为空）时，ＤＳＰ才能进行读操作。

　　（３）　ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９写ＦＩＦＯ２

　　当ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９有数据要传送至主机时，ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９把数据打包，每次向ＦＩＦＯ２中写入一包数据，方法与ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ写ＦＩＦＯ１相同，惟一不同的是ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９查询的信号是　。写完一包数据后，ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９通过操作控制字向ＵＳＢ控制ＡＮ２１３１Ｑ发一个中断信号，ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９在写下一包数据时必须等到ＡＮ２１３１Ｑ应答。ＡＮ２１３１Ｑ应答的方法是利用ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９的外部中断ＩＮＴ１中断ＤＳＰ。

　　（４）ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ读ＦＩＦＯ２

　　ＵＳＢ控制器ＡＮ２１３１Ｑ收到ＴＭＳ３２０Ｃ５４０９发出的中断信号，应答ＤＳＰ后，从ＦＩＦＯ２中读入一包数据，不用再查询　。

　　２　ＵＳＢ接口软件设计

　　ＵＳＢ接口软件主要分为三部分：固件程序、驱动程序、主机应用程序。主机应用程序通过驱动程序与系统ＵＳＢＤＩ（　ＵＳＢ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）进行通信，由系统产生ＵＳＢ数据的传送动作，固件程序则响应来自系统的ＵＳＢ标准请求，完成各种数据的交换的时间处理。

　　２．１　ＥＺ－ＵＳＢ固件程序开发

　　固件代码存储在ＡＮ２１３１Ｑ内部的８ＫＢＲ　ＡＭ中，它是用来初始化ＵＳＢ总线设备的。固件代码包括了设备的信息，它以描述符形式指定了制造商号、产品号和其他ＵＳＢ总线协议中所需要的信息，其主要功能是实现设备枚举过程［３］。

为了简化和加速用户对ＥＺ