USB接口設計論文范文

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1EZ⁃usbFX2CY7C68013A固件程序設計

CY7C68013A固件程序是指在EZ⁃USB芯片內部RAM中運行的程序代碼，固件程序是USB接口設計的核心部分。固件代碼的作用就是控制芯片執行指定的設備功能，即處理上位機下傳的各種USB設備請求，控制芯片與外圍電路進行數據傳輸。EZ⁃USB芯片內部集成增強型8051內核，USB芯片的固件程序實際上就是單片機程序文件，可以采用匯編語言或C語言編寫。CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件程序開發包中提供了固件程序的基本框架，這為用戶開發基于EZ⁃USBFX2芯片的USB設備提供了很大的方便。

1.1固件框架固件程序框架主要包括設備初始化，處理標準USB設備請求和USB掛起時的電源管理等。程序框架使用KeilC51編寫，它是現成的直接可以編譯為HEX文件的8051程序代碼，使用者只需要改寫USB描述表，在一些固定函數下添加功能代碼，主要是EZ⁃USB芯片的初始化配置和實現USB外設功能的代碼。固件框架的流程圖如圖2所示[4]。復位后固件先初始化一些全局變量，然后調用初始化函數TD_Init（），該函數初始化USB設備到沒有配置的狀態，并打開中斷。循環1s進行一次設備重枚舉，直到端點0收到一SETUP包，然后進入while循環語句，開始TD_Poll任務處理函數。依次執行下列過程：（1）TD_Poll（）用戶任務調度函數；（2）如果發現USB設備請求，則分析該請求并執行；（3）如果收到USB掛起信號，則調用TD_Suspend（）掛起函數，內核掛起，直到出現USB遠程喚醒信號，調用TD_Resume（），內核喚醒，從新進入while循環。固件框架包含的文件如表1所示。

1.2固件代碼編寫USB固件程序主要的功能有2個：一是PC機的Windows系統能夠檢測與識別相應設備；二是數據的上傳與下傳。Cypress公司為EZ⁃USBFX2系列芯片提供的固件程序框架極大的簡化了固件開發。一般的固件開發只需要修改用戶調度函數文件Periph.c與USB描述符列表文件Dscr.a51，這兩個文件在KeilC51編程器中都可打開。Periph.c文件中只需要修改TD_Init（）與TD_Poll（）函數。在本設計中為了能進行高速的數據傳輸，EZ⁃USB芯片采用SlaveFIFO接口方式。此方式下，USB內核不參與數據的傳輸，所以TD_Poll（）函數不用寫代碼，設置成空函數就可以了。這樣USB固件程序的開發主要任務就是改寫TD_Init（）函數與USB描述符列表文件Dscr.a51。在本設計中配置端點6傳輸方向為IN，傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設置為1024B，深度為2級，作用是上傳采集的數據。配置端點2傳輸方向為OUT，傳輸方式為塊傳輸，緩沖大小設置為1024B，深度為2級，作用是下傳FPGA的命令配置參數。固件程序的編譯使用KeilμVision2集成編譯環境，集成編譯環境中包括有C51編譯器，A51匯編器等工具與調試器。代碼中還需包含頭文件FX2.h與Fx2regs.h，庫文件Ezusb.lib。對修改后的代碼進行編譯與鏈接，最后生成HEX文件。HEX文件可直接下載到EZ⁃USB中運行。HEX文件也可根據需要通過CYPRESS公司提供的EZ⁃USBFX2固件開發包中的Hex2bit.exe應用工具生成IIC文件，IIC文件用于燒寫到EEPROM中。

2固件程序的裝載

CY7C68013A芯片集成增強型8051內核，內部無ROM等永久性存儲器，每次上電后需要從新將固件程序載入到片內RAM中。EZ⁃USBFX2固件程序有3種加載方式：（1）如果沒有片外存儲器連接到EZ⁃USBFX2上，或者所讀取的首字節不是0xC0或0xC2，則芯片枚舉為缺省的USB設備，其中描述符，VID，PID由芯片內部硬件邏輯提供。然后固件程序與描述符表由主機下載，EZ⁃USBFX2開始執行下載的代碼，首先模擬物理電路的斷開與連接，此時EZ⁃USBFX2將再次進行設備枚舉，這稱為重枚舉，重枚舉將根據下載的代碼對設備進行從新定義。（2）如果USB檢測到一個E2PROM，其首字節為0xC0時，芯片也枚舉為缺省的USB設備，但VID與PID值將從此EEPROM中讀取，USB描述符由芯片內部提供。這種模式稱為“C0”加載。主機根據讀得的VID與PID值，由固件下載驅動程序將指定的固件程序下載到EZ⁃USBFX2，然后再重枚舉。（3）如果USB檢測到一個E2PROM，其首字節為0xC2時，固件程序將從此E2PROM中自動下載到FX2芯片上，CPU通過復位后運行下載的程序代碼。這種模式稱為“C2”加載。其中第一種方式主要是開發階段使用，它需要主機上有CYPRESS公司提供的開發軟件USBCONTROLPANEL，每次手動將程序下載到USB上。第二種方法需要開發者另外再編寫一個固件下載驅動程序，而且也需要在電路中外加一小容量的E2PROM。第3種方法是將固件程序燒寫到E2PROM中，每次上電自動加載，這種方式簡單直接。本設計采用第3種方式。

3驅動程序及INF文件的編寫

設備驅動程序是應用程序和硬件之間的連接，應用程序通過驅動程序與設備通信，數據交換，從而獲取數據和對設備進行控制。CYPRESS公司為EZ⁃USBFX2提供一通用的驅動程序CYUSB.SYS，其功能完備，使用者不需要修改直接使用[5]。USB設備都具有一個VID和PID，此處的VID和PID與在固件程序轉載階段的值不同，這兩個值是用來安裝設備驅動程序的，VID和PID放到設備描述符表中，通過設備請求讀入到Windows系統中。同時，Win⁃dows操作系統通過INF文件將一VID和PID綁定到某一設備驅動程序。當設備連接到主機上時，讀得設備的VID和PID，通過存儲在INF文件中的信息找到設備驅動。此后，Windows會將設備的VID和PID值保存到注冊表，設備再次連接時，系統就會在注冊表中查找設備驅動程序信息。具體操作方法是將驅動安裝的模板INF文件的MODEL節中的VID與PID值修改成與USB設備的VID和PID值相同。相應STRING節中也修改。

4與應用程序的接口

圖3是驅動程序流程圖，從圖中可以看到功能驅動程序的位置。用戶通過一種規范的方式調用WIN32API函數來訪問硬件，不用考慮如何控制硬件的具體細節。USB開發過程主要應知道應用程序調用驅動程序的接口函數，如下介紹，應用程序直接調用這些函數來實現與硬件設備的數據交換。CREATEFILE通過設備名打開設備，獲得設備句柄，有設備句柄就可以讀寫設備。通過下面語句獲得設備句柄。DEVICEIOCONTROL讀寫控制設備，應用程序調用此函數并加以不同的I/O控制碼參數，完成應用程序與驅動程序將的數據交換。主要用到的I/O控制碼有：IOCTL_EZUSB_BULK_READ該控制碼從指定的批量管道中讀取數據。讀操作阻塞調用進程，直到數據傳送完成。IOCTL_EZUSB_BULK_WRITE該控制碼向指定的批量管道中寫入數據。寫操作阻塞調用進程，直到數據傳送完成。CLOSEHANDLE通過句柄關閉設備，設備請求完成后通過此函數關閉。

5結語

本文基于實際的USB接口應用開發，較詳細地介紹了EZ⁃USBFX2芯片的固件編寫，代碼下載方式，設備驅動程序安裝，上位機程序對硬件的控制方法，并給出相應的代碼。采用EZ⁃USBFX2芯片開發USB接口在很大程度上降低了開發的難度，縮短開發周期，從而大大提高用戶的開發效率。

作者：王東李公平潘小東方登富單位：蘭州大學核科學與技術學院