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基于USB2.0總線(xiàn)的高速數據采集系統設計
摘要：本文主要介紹支持USB2.0高速傳輸的EZ－USBFX2單片機CY7C68013，并詳細說(shuō)明用此芯片實(shí)現高速數據采集系統和相應的Windows驅動(dòng)程序及底層固件程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：CY7C68013USB2.0數據采集固件
1引言
現代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對數據采集的要求日益提高，在瞬態(tài)信號測量、圖像處理等一些高速、高精度的測量中，需要進(jìn)行高速數據采集�，F在通用的高速數據采集卡一般多是PCI卡或ISA卡，存在以下缺點(diǎn)：安裝麻煩、價(jià)格昂貴；受計算機插槽數量、地址、中斷資源限制，可擴展性差；在一些電磁干擾性強的測試現場(chǎng)，無(wú)法專(zhuān)門(mén)對其做電磁屏蔽，導致采集的數據失真。
通用串行總線(xiàn)USB是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為解決傳統總線(xiàn)不足而推廣的一種新型的通信標準。該總線(xiàn)接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為現代數據傳輸的發(fā)展趨勢�；赨SB的高速數據采集卡充分利用USB總線(xiàn)的上述優(yōu)點(diǎn)，有效解決了傳統高速數據采集卡的缺陷。
2硬件設計
2.1支持USB2.0高速傳輸的CY7C68013
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）、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口。FX2這種獨創(chuàng )性結構可使數據傳輸率達到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(kāi)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位數據總線(xiàn)）為ATA、UTOPIA、EPP、PCMCIA和DSP等提供了簡(jiǎn)單和無(wú)縫連接接口。
CY7C68013的GPIF引擎具有自動(dòng)傳輸數據結構的特性，這種特性使得外圍設備和主機通過(guò)CY7C68013可以無(wú)縫的、高速的傳輸數據。為了實(shí)現高速的數據傳輸，CY7C68013CPU不會(huì )直接參與數據的傳輸，而是直接利用GPIF的自動(dòng)傳輸數據模式。圖1和圖2說(shuō)明了主機IN和OUT數據傳輸過(guò)程。
2.1.1 端點(diǎn)緩沖區
FX2包含3個(gè)64字節端點(diǎn)緩沖區和4K可配置成不同方式的緩沖，其中3個(gè)64字節的緩沖區為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。當需要控制傳輸數據時(shí)，FX2固件讀寫(xiě)EP0緩沖區，但是8個(gè)SETUP字節數據不會(huì )出現在這64字節EP0端點(diǎn)緩沖區中。EP1IN和EP1OUT使用獨立的64字節緩沖區，FX2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(fǎng)問(wèn)。這一點(diǎn)與大端點(diǎn)緩沖區EP2、EP4、EP6和EP8不同，這四個(gè)端點(diǎn)緩沖區主要用來(lái)和片上或片外進(jìn)行高帶寬數據傳輸而無(wú)需固件的參與。EP2、EP4、EP6和EP8是高帶寬、大緩沖區。它們可被配置成不同的方式來(lái)適應帶寬的需求。
2.1.2 接口信號
在利用GPIF進(jìn)行高速數據傳輸系統設計時(shí)，GPIF waveforms的編輯是非常重要的，它控制著(zhù)整個(gè)數據傳輸過(guò)程的讀寫(xiě)時(shí)序。此時(shí)CPU的作用已經(jīng)非常小了，它只起著(zhù)下載代碼到內部RAM以及在固件中如何觸發(fā)GPIF waveforms的作用。FX2專(zhuān)門(mén)為GPIF提供了外圍接口信號，如8位或16位的數據線(xiàn)、控制信號、Ready信號以及地址線(xiàn)。
IFCLK（雙向時(shí)鐘信號）：IFCLK是一個(gè)參考時(shí)鐘，可以配置成輸入或輸出。當配置為輸出時(shí)，IFCLK被FX2驅動(dòng)為30MHz或48MHz；當配置為輸入時(shí)，時(shí)鐘范圍為5－48MHz。
GPIFADR[8:0]（輸出）：GPIF使用GPIFADR信號為外部設備提供地址線(xiàn)，在總線(xiàn)上地址值是自增的。
FD[15:0]（雙向）：這是USB主機通過(guò)FX2和外部設備進(jìn)行數據傳輸的數據線(xiàn)，它可配置成8位或16位。當
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