CY7C68013在数据传输中的应用1
CY7C68013 at the application among data transfer
林刚勇马善农许邦莲
汽车防盗装置
（东华理工学院，江西抚州，344000）
摘要 USB具有传输速度快，支持热插拔和即插即用，易于扩展，占用的系统资源少等优点。USB1.1支持两种传输速率：l.5Mbps和12Mbps，而USB2.0将速度提高了40倍(即480Mbps)，能够满足高速外设的需要。根据系统实时性和CY7C68013的大吞吐量端点的特点，提出了新的切实可行的方法。
关键词USB2.0；CY7C68013
中图分类号：TP334 文献标示码：B
Lin Gangyong Ma Shannong Xu Banglian
(East China Institute of technology, Fuzhou, Jiangxi, China, 344000)
Abstract
高硅氧布
USB has the advantage of high-speed，hot plug in, plug and play, easily to expand and engrossing less system resouce,etc.USB1.1 has two kinds of speed:1.5Mbps and 12Mbps，but USB2.0 can meet with the demands of high-speed peripheral devices, which has the speed of 480Mbps. According to the real-time character of the system and some characteristics of CY7C68013, we have put forward the new feasible method.
Keywords: USB2.0，CY7C68013
0 前言
USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的新型接口技术。为了解决传统PC机在发展过程中所遇到的一些问题，研制开发了USB。USB把这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。
USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。目前的主板一般都采用支持USB 功能的控制芯片组，主板上也安装有USB接口插座。Windows98 以上操作系统都支持USB 功能。目前，USB设备的发展如日中天，国内外已推出了几百种USB设备，包括USB集线器、打印机、扫描仪器、存储器、数字音箱、数码相机和调制解调设备等。USB设备在实际应用中己经逐渐取代传统的外设， 因此研究USB具有一定的应用价值。
1 EZ-USB FX
2 芯片结构
Cypress公司的EZ－USB FX2是世界上第一个集成USB2.0协议的微处理器，它支持12Mb/s的全速传输和480Mb/s高速传输，可使用4种USB传输方式：控制传输、中断传输、块传输和同步传输；完全适用于USB2.0，并向下兼容USB1.1。EZ-USB FX2的前身是EZ-USB，其芯片固件也是存储在主机上而不是在芯片内部，显著特点是代码升级容易。它主要包括USB2.0收发器、接口引擎（SIE）、增强型8051、8.5KB的 RAM、4KB 的FIFO存储器、I/O口、数据总线、地址总线、I2C 控制器和通用可编程接口（GPIF）。 EZ－USB FX2 拥有一个独特的结构，其智能串行接口引擎（SIE）负责完成诸如串行数据的编解码、差错控制、位填充等与 USB 协议有关的功能，它将嵌入式 MCU（增强型 8051）解放出来，简化了固件代码的开发。FX2 中还包括一个通用可编程接口（GPIF），它支持所有通用的总线标准，如ATAPI(PIO 和 UDMA)、IEEE1284(EPP 并行口)和UTPIA等，ASIC、DSP 等直接连接。
为了满足不同用户的需要，Cypress公司为EZ-USB FX2系列芯片提供了4种封装形式：
射频标签
CY7C68013-56PVC的封装形式为56脚SSOP；CY7C68013-56LFC的封装形式为56脚QFN；
CY7C68013-100AC的封装形式为100脚TOFP；CY7C68013-128AC的封装形式为128脚TQFP。引脚数1．国家自然科学基金，编号：50577068；2005年度东华理工学院院长基金，编号：DHYK0506。
的区别在于输入、输出引脚数的不同，以针对不同应用要求。
2 应用电路设计
本文中EZ-USB采用的是CY7C68013-56PVC芯片，该芯片属于Cypress公司EZ-USB FX2系列芯片，它提供了对USB2.0的完整解决方案，同时向下兼容USB1.1规范，它支持12Mb/s的全速传输和480Mb/s高速传输。CY7C68013内部集成了USB2.0收发器、串行接口引擎（SIE）、增强型8051微控制器、8KB的RAM、4KB的FIFO存储器和通用可编程接口（GPIF）。他既与标准的8051兼容，又有诸多改进：最高工作频率48 MHz，一个指令周期只需4个时钟周期，比标准的8051平均提高了2.5倍；2个UARTS端口；3个定时/记数器；扩展的中断系统及其更多I/O口等。
CY7C68013内部集成的USB 2.0的SIE能自动完成大部分USB 2.0协议的处理工作，减少了用户对繁杂的USB协议的处理。另外，用户在开发时，可以利用GPIF和FIFO方式实现与高速外围设备之间的逻辑连接，并进行高速数据的传输。
GPIF是FX2端点FIFO的内部主控制器。它与FIFO直接相连，所有的读写及控制逻辑通过
CY7C68013的GPIF以软件编程的方式实现，且控制逻辑的变换方便灵活。由于GPIF的运行速度比FIFO快得多，其时序信号易编程实现及GPIF既可以使用内部时钟，也可以使用外部时钟，因此，我们选择了GPIF模式。4KB的可配置缓冲区用于 EP2、EP4、EP6和EP8，它们具有大容量高带宽的数据传输端点，且无需8051固件干涉便可同外围电路完成高速数据传输。这4个端点具有非常灵活的配置方式，以适应不同场合下的带宽要求。由于在高速模式下，主机将每帧划分为8个微帧，每个微帧时间为125us，每微帧产生1个中断请求，即高速模式下125us/次。视频图像的一行有效信号的周期为64us，所以我们采用端点缓冲区配置方式3，即每两行发一个SOF包开始。 在整个传输过程中，并不要求8051对数据进行处理，所以采用自动打包的方式(置 AUTOIN =1)，数据经过FIFO直接发送到PC内存。
模拟视频信号从CCD摄像头输入，经过SAA7111A芯片预处理后，输出数字视频信号。该信号输入到芯片IME6400，利用IME6400芯片对信号进行MPEG-4硬压缩处理。由于IME6400是基于一个CPU的内核，所以上电初始化必须从ROM启动。IME6400的启动有两种方式，一种是通过内部ROM，一种是通过静态内存接口外接ROM来引导。在本系统中利用了IME6400内部的ROM，固件由外部主机写入内部程序存储器。IME6400自动检测外部主机接口类型和接口数据位数，并利用调试数据寄存器将
固件写入内部程序存储器。可以利用的寄存器有Control，Status，BaseRegister0, BaseRegister1，Data and User0。
在本系统中CY7C68013只是作为IME6400芯片与主机之间的数据通道和对SAA7111A的初始化，USB的连线如图1.1所示。
Fig1.1 EZ-USB Interface
图1.1 USB与IME6400连线图
通过CY7C68013，主机可以实现以下4种功能：直接寄存器读写、IME6400系统存储器访问、
IME6400数据FIFO访问和IME6400固件下载。主机通过读写适当的用户接口控制寄存器来执行以上操作。
直接寄存器读写用于主机和IME6400之间的快速信息交换，信息被直接读出或写入到主机接口寄存器中，可以利用的寄存器有user0~ user5。IME6400允许主机通过系统存储器访问的方式访问IME6400的系统存储器(ROM/SDRAM)，这种方式也可用来实现对IME6400进行固件配置、控制和调试。
数据FIFO访问用来访问编码后的音视频数据，IM E6400内部有1kB的FIFO用来满足编码数据的快速传送，FIFO的状态由nfull管脚来标识。可以利用的寄存器有Encoded Stream Register。
Cypress公司的EZ-USB FX2开发套件提供给用户一个固件函数库( Ezusb.lib)和固件框架(Framework)，两者均是基于KEIL C51进行开发的。固件函数库提供了一系列的函数来加速USB固件程序的开发，使用时只需在程序中包含EZUSB.H和EZREGS.H两个头文件，并在项目中链接Ezusb.Lib，就可以直接使用固件库中的各个函数了。
在使用固件框架来进行特定的固件开发时，固件框架已经帮我们实现了初始化、重列举、电源管理等功能。对用户而言，只需要在固件架构的预留位置处添加代码，就可以完成特定的功能。
3 系统软件体系
一个完整的USB应用方案一般应包括三个方面的程序设计：固件程序设计、设备驱动程序设计和主机应用程序设计。 3.1 固件程序
固件程序是指运行在设备CPU中的程序。只有在该程序运行时，外设才能称之为具有给定功能的外部设备。固件程序负责初始化各硬件单元，重新配置设备。主要包括设备描述符信息、设备功能代码和通信控制功能代码。设备描述信息描述USB设备的一般特性和配置，如设备类别、接口配置、VID和PID等。主机在设备列举时要获取USB设备的描述符，从而获得设备的配置信息和相关驱动信息。用户可以通过修改固件中的描述符来改变设备的特性。设备功能代码由设备的功能需求决定。通信控制功能代码执行主机请求分析处理和数据交换处理功能。
固件代码的存储位置有三种：第一种是存在主机中，设备加电后由驱动程序把固件下载到片内RAM后执行，即“重新列举”；第二种方法是把固件代码固化到一片EEPROM中，外设加电后由FX2通过I2C总线下载到片内RAM后自动执行；最后一种方法是把程序固化到一片ROM中，使之充当外部程序存储器，连在FX2的总线上。这里我们选用了第一种方式，这种方式便于系统的调试和升级。当设备与主机连接时，固件从主机下载到片内RAM中，而不是固化在ROM中。因此，装载不同的固件设备就呈现出不同的特性，如设备配置、有效端点、工作方式、设备功能等都可以通过改变固件进行再配置，达到软配置目的，这就是EZ-USB的软配置特性。
软配置可采用两种方式实现：自动配置和命令配置。
自动配置是指当设备连接时，固件由专门的装载驱动程序自动装载到设备。这种方式下固件要捆绑在装载驱动程序之中，固件与装载驱动程序之间一一对应，固件修改时要重新生成并重新安装装载驱动程序，固件装载后要重新枚举，以建立特定的 USB设备，如果不重新枚举，主机就会不到设备。
命令配置是指在应用程序中通过命令操作将固件装载到设备。这种方式不需要专用的装载驱动程序，可在任何时刻装载任意固件。固件装载后可以不用重列举操作，由EZ-USB内核响应主机请求，可以简化固件设计。采用命令配置方式时，在应用程序中要编写固件装载代码。固件装载代码主要完成下列操作：
从 Intel Hex 格式文件中提取出有效的固件代码；
●向 EZ-USB 请求复位8051内核；
●向 EZ-USB 请求固件下载，固件下载至EZ-USB的内部RAM；
●向 EZ-USB 请求8051内核脱离复位状态；
●对 EZ-USB 外设接口和交替功能进行设置。电子设备包括哪些
3.2 设备驱动程序
设备驱动程序提供用户访问设备的接口。开发系统提供厂家的通用设备驱动程序。用户也可以用相关驱动程序开发工具自己定制。自己定制的设备驱动程序要求符合WDM驱动程序规范。若采用自动配置方式，则系统需要两个驱动程序，即通用驱动和下载固件的驱动。EZ-USB开发系统提供了装载驱动程序开发模板，利用模板开发较简单。若采用命令配置方式，则不需要下载固件的驱动，而是要用户在应用程序中编写固件装载代码。
3.3 主机应用程序
应用程序是系统与用户的接口，它通过通用驱动程序完成对外设的控制和通信。主机端的应用程序负责向FX2的FIFO发送大量数据，使用VC++6.0进行开发。EZ-USB FX2开发套件提供了主机端驱动程序(ezusb.sys)，可适用于绝大多数实际应用。在编写主机应用程序的时候，只需调用相应的WIN32 API函数向驱动程序提交各种申请，就能由驱动程序来完成相应的读、写数据等各种功能。
4 结论
本文作者创新点是研究采用Cypress公司的EZ-USB FX2芯片CY7C68013，设计并实现了基于USB2.0的图像数据传输电路，该设计目前正在我院安全防范监控系统(项目经费60余万元)中试用，效果良好。
参考文献
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[2] EZ-USB FX2 Technical reference manual。
[3] EZ-USB FX2 Getting Started Development Kit Manual。
[4] 王成儒，李英伟。USB2.0原理与工程开发[M]，北京：国防工业出版社，2004.1。
[5] EZ-USB，接口设备的软配置技术, www.buaapress。
[6] 曹军。基于PCI总线的高速数据采集卡的研制，成都：西南交通大学，2002。
[7] PCI Special Interest Group. PCI Local Bus Specification.1999。
[8] 高凤岐，陈建辉，魏忠林，连光耀。基于USB总线技术的数字电路板功能测试系统研究，微计算机信息[J]，2006.10-2：114-6。
枸杞采摘机[9]徐庆元，张天序，钟胜。基于USB总线的高速视频采集系统设计，微计算机信息[J]，2006.10-1：247-249。
作者简介：
林刚勇（1957.2-），男(壮族)，广西人，副教授，东华理工学院电子与机械工程学院副院长，主要从事电子信息技术的研究应用。马善农（1976.2-），男，安徽人，硕士，讲师，东华理工学院电子与机械工程学院，主要从事电子信息技术的研究应用。许邦莲（1973.10-），女，安徽人，硕士，助教，东华理工学院，主要从事有机试剂的合成与研究。（联系地址：东华理工学院电子与机械工程学院实训中心，344000，E-mail: masnong@yahoo; masnong@sohu。）
Biography: Lin Gangyong (1957.2-), Male (Chuang ethnic), Guangxi, professor, East China Institute of technology, electron of science and technology. Ma Shannong (1976.2-), Male, Anhui, East China Institute of technology, instructor, Master, electron of science and technology. Xu Banglian(1973.10-), Female, Anhui, East China Institute of technology, Master, assistant,organic reagent synthesis and research.
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