SlaveFIFO模式下CY7C68013和FPGA的数据通信--《中国传媒大学学报(自然科学版)》2009年02期
SlaveFIFO模式下CY7C68013和FPGA的数据通信
【摘要】：介绍了支持USB2.0协议的接口芯片CY7C68013,利用芯片的SlaveFIFO从机模式,实现了FPGA和PC之间的数据传输并详细介绍在SlaveFIFO模式下CY7C68013和FPGA之间数据传输的软硬件设计。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TP273.5【正文快照】：
1引言随着计算机技术的不断发展,普通PC机运算能力均达到1000MIPS以上,完全可以充当解码模块的作用。使用PC机作为解码模块要求数据可以实时地传输到PC机。USB2.0的传输速度已达480Mb/s,并且具有扩展性强、使用设置灵活等优点。本文使用支持USB2.0协议的CY7C68013接口芯片,作
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Vol.17No.3
电子设计工程
ElectronicDesignEngineering2009年3月Mar.2009
高速USB接口设计
甄国涌,张森峰
（中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051）
摘要:介绍了基于USB总线的数据传输卡的设计和实现。USB数据传输系统实现将采集来的数据实时的传送到PC的共享内存缓冲区中。采用CYPRESS公司的接口器件CY7C68013实现PC机与板卡的通讯。使用Xinlinx公司的
FPGA编写USB的SlaveFifo模式的接口逻辑，并进行测试。
词:CY7C68013；SlaveFIFO；USB总线；接口逻辑
文献标识码：B
文章编号：（0-03
中图分类号:TN91
DesignofinterfaceofhighspeeddatatransfersystermbasedonCY7C68013
ZHENGuo-yong,ZHANGSen-feng
(NationalKeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChinaTaiyuan030051,China)Abstract:ThehardwaredesignandimplementationofdatatransfercardbasedonUSBbusisintroduced.TheUSBcardtransfersdatacollectedtothesharedbufferinthePC’smemoryinrealtime.InterfacechipCY7C68013ofCYPRESSCo.pileinterfacelogicofSlavefifomodeofUSB.Intheend,howtotestareexplained.
Keywords:CY7C68013；SlaveFIFO；USBBus；interfacelogic
传统的通信方式传输速度慢、抗干扰能力弱、安装麻烦
足不同用户的需要，Cypress公司为FX2提供了4种封装形式
:128引脚TQFP；100引脚QFN；56引脚QFN；56引脚
SSOP。这些同种类不同封装的其内部结构相同，不同的封装
形式引出的外部引脚数量有所不同。EZ-USBFX2拥有独特的结构，其串行接口引擎(SIE)负责完成诸如数据的编解码、差错控制、位填充等与USB协议有关的功能，将嵌入式MCU
等原因严重阻碍了数据采集设备的发展，随着电子信息技术的迅猛发展，计算机和外围设备得到飞速发展和应用。新一代通用串行总线，简称USB。具有传输线少、速度快、支持热插拔以及易于扩展等优点，很好解决了以上问题，因此串行总线技术在计算机系统及通信设备中得到广泛的应用，为了满足数据采集传输速度的要求，所以提出了高速USB接口的设计与实施。
系统硬件实现数据采集功能，并将采集的数据送至USB控制器，再通过USB接口将数据传送给PC机。硬件设计主要包括USB2.0主控制器(CY7C68013)外围电路设计、CY7C68013与FPGA连接等。系统软件包括USB固件程序、设备的驱动程序和用户界面程序。USB固件程序在keilC中完成，实现对
(增强型8051)解放出来，简化固件代码的开发。FX2中还包含
一个通用可编程接口(GPIF)，它支持所有通用的总线标准，并可与外部ASIC、DSP等直接相连.对于EZ-USBFX系列需要微处理器(增强型8051)参与端点FIFO与外围电路之间的数据传输，由于增强型8051本身的工作频率较低，限制了传输速率的进一步提高。虽然这种限制在12Mb/s的全速模式下并不明显,但当速率提升至480Mb/s的高速模式时，微处理器必将成为整个系统的带宽瓶颈。为此，在EZ-USBFX2中，
USB接口和外围电路直接共享FIFO存储器。增强型8051可
不参与数据传输，但通过FIFO或RAM的方式访问所传输的数据，这些FIFO与USB之间的传输以数据包的形式实现，此处理被称为“量子FIFO",它很好的解决了USB高速传输模式下的带宽问题。
CY7C68013初始化，设备驱动程序为用户界面程序提供软件
和硬件平台连接的通道，由DriverStudiO开发;用户界面程序采用VB语言完成，在VB中调用驱动函数中的句柄对硬件设备进行操作，实现数据的接收、保存、显示和打印功能。
2USB控制器件CY7C68013内部结构
CY7C68013是Cypres公司生产EZ-USBFX2系列的一
种。其内部结构如图1所示。EZ-USBFX2系列的典型应用是无线局域网、移动硬盘、DSL调制解调器等接口类设备。为满
图1CY7C68013
甄国涌,等高速USB接口设计
FPGA经16位数据总线FD连接EZ-USBFX2FIFO，
其数据总线是双向，通过SLOE引脚控制输出。FIFOADR[1:0]引脚选择4个FIFO中的一个与FD总线连接。异步方式下，
EZ-USBFX2内部包含3个固定的64字节端点缓冲区(0xE740～0x7FF)和4KB的可配置端点缓冲区空间(OxF000～0xFFFF)。3个64字节的缓冲区分别用于EPO，EPIIN和E-PIOUT,4KB的可配置缓冲区用于EP2、EP4、EP6和EP8。其
中，端点0默认为控制端点，其OUT和IN数据共享一块存储空间(0xE740～0xE77F),端点1支持块传输、中断传输和同步传输，其OUT数据占用缓冲区0xE780～0xE7BF,IN数据占用缓冲区0xE7C0～0xE7FFa端点。端点1仅能由EZ-USBFX2的固件访问端点2、端点4,端点6和端点8是大容量高带宽的数据传输端点，其无需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，适应不同场合下的带宽要求。其中双重缓冲意味着USB读写一个缓冲区的同时，另一缓冲区可以与外围电路进行数据通信;三重缓冲增加了第3个数据缓冲区，可供USB端或外围电路端使用;四重缓冲增加了第4个缓冲区。多重缓冲结构可在数据读写双方速度相似时，有效提高USB带宽的性能，平滑带宽抖动，并减少双方的互相等待时间。
SLRD和SLWR是读/写选通信号。同步方式下,SLRD和SLW-ER作为IFCLIK时钟引脚使能信号。这里采用异步方式。
4USB固件程序的设计
为了简化固件编程，Cypress提供了固件编程框架，
在此基础上只需要修改少量代码即完成固件编程。固件编程框架完成了USB标准设备请求和USB电源管理，并提供了任务调度函数，在任务调度函数中编写少量代码就可完成编程。只需要提供USB设备描述符表和外围操作程序就可实现一个功能完整的USB设备。
4.1函数介绍
VoidTD_Init(void):此函数主要完成EZ-USBFX2的初始
化，在EZ-USBFX2再次枚举和开始任务分配前被调用，其目的是初始化各个端口以及各端口的先入先出缓冲区。
USB控制器及其外围电路组成系统的数据读取和传输模
VoidTD_PoLL(void):此函数在设备运行时被重复的调
用，应包括完成特别任务的代码。在该函数返回前，优先级高的任务可能己完成。若它返回值为假，EZ-USBFX2将不会影响设备请求和USB总线设备挂起事件。若需要大量的处理时间，EZ-USBFX2会通过多次调用TD_PoLL函数将时间分段。
块[2]，主要负责读取数据及与PC机通信，从而完成系统功能。
FPGA的从SlaveFIFO硬件连接如图2所示。
BooLTD_suspend(void):此函数是在设备进入挂起状态前
调用，在其中加入适当的代码，配置设备的工作状态，可使设备处于低功耗状态并返回真值。可以改动TD_Suspend的程序代码，使其返回为假，可使EZ-USBFX2不进入挂起状态。
VoidTD_Resume(void):当外部要求重新启动时，设备会
通过调用此函数对处理器重启，即TD_SUspendO函数的逆操作。此时，设备在正常电源下重新启动。设备请求函数主要完
图2FX2和FPGA的接口引脚
成对来自主机的命令和请求的处理工作。
EZ-USBFX2和FPGA之间的通信模式既可选择从属FIFO接口模式
4.2固件主程序
，也可选择GPIF接口模式。通过配置IF-
fw.c是固件程序的主程序文件，负责处理主机发出
的各种USB设备请求[5]。该程序首先初始化所有的内部状态变量，然后调用TD_InitO函数初始化，并打开中断。然后，固件程序开始列举USB设备，直至在端点0上接收到SETUP包为止。一旦接受到令牌包，框架将开始交互的任务调度。
整个系统实现过程中，设置一些重要寄存器。表1列出
CONFIG[1:0]来选择。当为11时，选择从属FIFO接口模式；当
为10时，选择GPIF接口模式。
当EZ-USBFX2被设置为SlaveFIFO接口模式时，USB数据在PC机和FPGA中传输，不需EZ-USBFX2的CPU参与，而经
EZ-USBFX2的内部端点FIFO传输。对FPGA,端点FIFO提供了
时序信号、握手信号（空、满和可编程信号），读写信号和输出允许信号等。这里将EZ-USBFX2设置为异步SlaveFIFO接口模式。
EZ-USBFX2为异步从属FIFO自动模式时，需要配置的相关
寄存器[6]。
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历史上的今天
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blogTitle:'CY7C68013A_Slave fifo固件心得',
blogAbstract:'cy7c68013-56在使用Slave fifo进行数据传输的时候，EP2，EP4作为OUT端点，EP6，EP8作为IN端点。所以这些寄存器一定要搞懂:PINFLAGSAB,PINFLAGSCD.我们一般要用到FLAGA,FLAGB,FLAGC,FLAGD几个引脚，用于得到端点的状态，PINFLAGSAB,PINFLAGSCD是一组寄存器，用于设置这四个引脚的功能。PINFLAGSAB为例：& PINFLAGSAB = 0xe8;&&// FLAGA - fixed EP2EF, FLAGB - fixed EP6FF&&& SYNCDELAY;&&&&&&&&&&&&&',
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