基于USB接口VSAT基带数据采集系统设计
OFweek 中国高科技行业门户 1路第2路 第8路 标志 标志 标志 a)前一字节格式ec 第路第2路 第8路 数据 数擦 数据 (b)后一字节格式 图2数据格式 2硬件构成 2.1 EZ-USB FX2(CY7C68013)芯片 CYC68013属于 Cypress公司的F2系列产品,它提供了对USB2.0的完 整解决方案,该芯片虽然采川低价的8051单片机,但仍然能获得很高的速 度,主要包括USB2.0收发器、SIE(串行接口引擎)、增强型8051处理器、 8.5KB的片上RAM,4 KB FIFO存储器、1/0口、数据总线、地址总线和 GPIF(通用可编程接口)。 CY℃C68013与外设有可编程接口GPE和从FIFO两种接口方式。可编程 接口GPIF是主机方式,可以由软件设冒读写控制波形,灵活性很大,儿乎 可以对任何8bit/l6bit接口的控制器、存储器和总线进行数据的主动读写, 使用非常灵活,从FIFO方式是从机方式,外部控制器可像对普通FIFO一样 对FX2的多层缓冲FIF0进行读写。在本设计中为了方便控制,采用从 FIFO方式。 2.2cPLD芯片EPM7128LC84 在本设计中,所用的CPLD采用 Altera公司的EPM7128SLC84。它属于 MAX7000系列,是 Altera公司的基于第2代MAX结构的CPLD。它提供多达 5000个可用门、128个宏单元,其引脚到引脚延时快达6ns。可以谷纳各种 独立的组合逻辑和时序逻辑功能,EPM71285S的优点是它基于E2PROM,可以 通过JTAG口进行在线编辑,设计者可将设计内容从PC机上通过下载电缆和 JTAG口对EPM7128S进行任意次修改,它有多达100个1/0引脚可供编程使 用,方便系统扩展存储空间和外设。 本系统使用EPM7128的主要功能是对各路信号的时钟上升沿进行检测, 另外还需要完成一些控制功能,完成各路信号数据的合路,形成特定的数据 格式,送入USB控制芯片的FIFO中。 23硬件连接 根据系统对数据传输的速度和实时性的要求,配置CYTC6013的工作接 口模式为从FIFO模式,硬件连接方式如图3所示。 OFweek 中国高科技行业门户 FLAGA 外部数場 FLAGE FLAGC EPM3 LRDSLWR从m多 EIFOADR(I: O CY7C0801 方式 外部时钟,ch FD150 IFCLK 图3硬件连接框图 CPLD控制采集外部数据的时钟可同时作为CYC68013的从FIFO模式的 读写控制时钟,即CY7C68013的接口时钟连接到 IFCLK引却, FLAGA FLAGD为FIFO标志引脚,用于映射FIF的当前状态,SLWR/SLRD是 CYTC68013从FIFO的写使能/读允许信号,CPLD向CY7C68013从FIFO提供 从FIFO输出允许信号SL0E,仅在数据输出时有效,FD[15:0]为16位双向 数据总线。 FIFOADR[1:0]为端点FIFO选择信号。 3软件设计 本系统软件设计部分包括固件、驱动程序和应用程序的设计 3.1USB设备固件程序设计 固件程序是指运行在设备CPU中的程序,是整个程序设各的核心,可采 用汇编语言和C语言设计, CyPress为用户提供了一个固件程序框架,帮助 用户完成相当一部分LSB协议相关的工作,用户只需根据外设功能的具休要 求,在相应的函数中填写函数体。 Cypress提供的这一框架程序简化了用户 的固件程序设计。 木系统固件丌发所使用的编程语言为德国Keil公司的C51编译器,集 成开发环境为μ Vision2,该同件其包含以下5个文件: 1)ez-usb. lib 是 EZ USB函数库对象程序代码 2) usb jmptb ob j 定义了FX2中INT2和INT4的中断跳转表 3) dscr a51 包含描述符的表数据,包括设备描述符、设置描述符、接口描述符、端 点描述符和字串描述符等,用来定义设备的ID号、端点的设冒特性,主机 OFweek 中国高科技行业门户 就是通过读取设备的描述符来获取LSB外设的功能特性,从而给设备加载相 应的驱动程序并配置设备。 是固件运行的主程序文件,负责处理主机发出的各种USB设备请求,该 程序首先初始化所有的内部状态变量,然后调用 TD Init函数进行初始化, 并打开中断。之后,固件程序开始列举USB设备,直至在端点0上接收到 SETUP令牌包时为止。一∏接收到STLP令牌,其将重复执行下面的任务分配 过程:调用用户函数TDPo1l,以完成用户指定的任务;检测是否有USB设 备请求( SETUP令牌)如果有,则执行指令并作出相应的操作,如果没有, 则继续向下执行,检测USB核是否有USB挂起实践,如果有USB挂起事件, 则调用用户程序 TD Suspend,交由用户处理;当 TD Suspend返回为真时, USB核检测是否重新开始事件,如果没有USB挂起事件,则使处理器处于挂 起状态,当检测有重新开始的事件,LSB核调用用户程序 TD Resume,并继 续执行本步骤,当 TD Suspend返回为假时,则继续执行本步骤。 5) periph.c 包含各种用户功能函数(如 TD Init、 td Pol1等)及其INT2中断服务 子程序的定义,它实现了木系统的主要功能。 在本系统中,把端点2配置为批量传输、IN方向,封包大小为512字节 每微帧包含2个封包,数据传输速率为64Ⅶbit/s为就可满足实际需要,终 端0作为默认的控制传输管道米处理USB事件。 3.2驱动程序设计 FX2的设备驱动程序有两种:一种用来在设备接入时从主机下毂固件到 RM屮,称为固件下载驱动程序( ezloader.sys);另一种是在设备重新列 举后加载的设备驱动程序( ezusb.sys)。应用软件通过该设备驱动程序 FX2通信。 固件的程序代码既可以通过外部E2PR0M下载,也可以通过主机下载在 本系统中选择从主机下载,此时外接E2PROM中存放的是固件下载的 PID/VID,且第1个字节是0xCOH,系统通过该PID/VID找到同件下载驱动程 序( ez loader.sys)将相应的固件代码下载到FX2的RAM中。 reloader.sys的生成是利用 Cypress公司提供的固件下载驱动程序源代码和 用户编译成功的固件代码。在Win2000DK中创建的,并根据E2PROM提供 的PID/VID修改相应的.inC文件,在将固件下载RAM中后,系统清楚内存中 的固下载驱动程序,并进行重新列举,让C8051固件控制FX2,此时,系 统获得由C8051固件提供的PID/VID(与E2PROM中的不同),认为有新的 USB设备接入,并据此加载相应的设备驱动程序。 OFweek 中国高科技行业门户 Ezusb.sys是本系统运行时所使川的主要驱动程序,它定义了几个 IOCTL代码,其屮: IOCTL EzUsb get device deScriptor用于读取USB设 备描述符;10 L EZUsb GEt CONFIglratic0 N DESCRIPTOR用于读取USB设备 的配置信息, IOCTL EZusb bULK read用于主机读取USB设备发出的块数据, IOCTL Ezusb GET CURRENT FRAME NUmBer,用于读取USB传输过程中当前的 帧序号。 3.3用户程序设计 应用程序开发屮,可用VC+十编制应用程序。所有的用户程序是通过 /0控制调用来访问EZ一USB的设备驱动程序的,可以把EZ一USB设备当成 文件来操作,利用 Createfile得到EZ-USB句柄,通过得到的句柄,用 个Win32函数 DeviceioControl(),把IOCL和相关的输入输岀缓冲区提 交给驱动程序,来进行控制传输,用 Readfile, Writefile进行批量传输。 当应用软件退出时,用 Closehandle())闭设备 4结束语 本文结合实际工程的需要,提出了基于USB接口的VSAT基带数据采集 的设计方案,并给出了硬件系统及软件设计方法,在USMT通信的实际应用 中,该系统与后端软件结合,很容易实现对VSAT数据的分析与处理,可广 泛应川用于VSAT通信系统中