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基于USB2.0總線的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：本文主要介紹支持USB2.0高速傳輸?shù)腅Z－USBFX2單片機(jī)CY7C68013，并詳細(xì)說明用此芯片實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應(yīng)的Windows驅(qū)動(dòng)程序及底層固件程序的開發(fā)過程。
關(guān)鍵詞：CY7C68013USB2.0數(shù)據(jù)采集固件
1引言
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求日益提高，在瞬態(tài)信號(hào)測(cè)量、圖像處理等一些高速、高精度的測(cè)量中，需要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集�，F(xiàn)在通用的高速數(shù)據(jù)采集卡一般多是PCI卡或ISA卡，存在以下缺點(diǎn)：安裝麻煩、價(jià)格昂貴；受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，可擴(kuò)展性差；在一些電磁干擾性強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，無法專門對(duì)其做電磁屏蔽，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。
通用串行總線USB是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為解決傳統(tǒng)總線不足而推廣的一種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。基于USB的高速數(shù)據(jù)采集卡充分利用USB總線的上述優(yōu)點(diǎn)，有效解決了傳統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集卡的缺陷。
2硬件設(shè)計(jì)
2.1支持USB2.0高速傳輸?shù)腃Y7C68013
CypressSemiconductor公司的EZ－USBFX2是世界上第一款集成USB2.0的微處理器，它集成了USB2.0收發(fā)器、SIE（串行接口引擎）、增強(qiáng)的8051微控制器和可編程的外圍接口。FX2這種獨(dú)創(chuàng)性結(jié)構(gòu)可使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到56Mbytes/s，即USB2.0允許的最大帶寬。在FX2中，智能SIE可以硬件處理許多USB1.1和USB2.0協(xié)議，從而減少了開發(fā)時(shí)間和確保了USB的兼容性。GPIF（GeneralProgrammableInterface）和主/從端點(diǎn)FIFO（8位或16位數(shù)據(jù)總線）為ATA、UTOPIA、EPP、PCMCIA和DSP等提供了簡(jiǎn)單和無縫連接接口。
CY7C68013的GPIF引擎具有自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，這種特性使得外圍設(shè)備和主機(jī)通過CY7C68013可以無縫的、高速的傳輸數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，CY7C68013CPU不會(huì)直接參與數(shù)據(jù)的傳輸，而是直接利用GPIF的自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)模式。圖1和圖2說明了主機(jī)IN和OUT數(shù)據(jù)傳輸過程。
2.1.1 端點(diǎn)緩沖區(qū)
FX2包含3個(gè)64字節(jié)端點(diǎn)緩沖區(qū)和4K可配置成不同方式的緩沖，其中3個(gè)64字節(jié)的緩沖區(qū)為EP0、EP1IN和EP1OUT。EP0作為控制端點(diǎn)用，它是一個(gè)雙向端點(diǎn)，既可為IN也可為OUT。當(dāng)需要控制傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)X2固件讀寫EP0緩沖區(qū)，但是8個(gè)SETUP字節(jié)數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)在這64字節(jié)EP0端點(diǎn)緩沖區(qū)中。EP1IN和EP1OUT使用獨(dú)立的64字節(jié)緩沖區(qū)，F(xiàn)X2固件可配置這些端點(diǎn)為BULK、INTERRUPT或ISOCHRONOUS傳輸方式，這兩個(gè)端點(diǎn)和EP0一樣只能被固件訪問。這一點(diǎn)與大端點(diǎn)緩沖區(qū)EP2、EP4、EP6和EP8不同，這四個(gè)端點(diǎn)緩沖區(qū)主要用來和片上或片外進(jìn)行高帶寬數(shù)據(jù)傳輸而無需固件的參與。EP2、EP4、EP6和EP8是高帶寬、大緩沖區(qū)。它們可被配置成不同的方式來適應(yīng)帶寬的需求。
2.1.2 接口信號(hào)
在利用GPIF進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，GPIF waveforms的編輯是非常重要的，它控制著整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程的讀寫時(shí)序。此時(shí)CPU的作用已經(jīng)非常小了，它只起著下載代碼到內(nèi)部RAM以及在固件中如何觸發(fā)GPIF waveforms的作用。FX2專門為GPIF提供了外圍接口信號(hào)，如8位或16位的數(shù)據(jù)線、控制信號(hào)、Ready信號(hào)以及地址線。
IFCLK（雙向時(shí)鐘信號(hào)）：IFCLK是一個(gè)參考時(shí)鐘，可以配置成輸入或輸出。當(dāng)配置為輸出時(shí)，IFCLK被FX2驅(qū)動(dòng)為30MHz或48MHz；當(dāng)配置為輸入時(shí)，時(shí)鐘范圍為5－48MHz。
GPIFADR[8:0]（輸出）：GPIF使用GPIFADR信號(hào)為外部設(shè)備提供地址線，在總線上地址值是自增的。
FD[15:0]（雙向）：這是USB主機(jī)通過FX2和外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線，它可配置成8位或16位。當(dāng)
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