光纜檢測(cè)系統(tǒng)中的ＵＳＳ設(shè)備接口設(shè)計(jì)

摘要：把CY7C68013成功用于光纜檢測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的USB接口。該接口實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的USB1.1和USB2.0協(xié)議。

關(guān)鍵詞：光纜檢測(cè)；USB；接口；CY7C68013

引言

隨著人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高，光通信以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越普及，與此同時(shí)光纜檢測(cè)也變得非常重要，為適應(yīng)對(duì)預(yù)設(shè)光纜線路的可用狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理需求，要求光纜線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)︻A(yù)設(shè)通信光纜進(jìn)行拓?fù)涔芾?、告警管理、統(tǒng)計(jì)分析管理、安全管理、資源管理和系統(tǒng)自維護(hù)。

光纜檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間的接口設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。RS-232接口曾經(jīng)取得過(guò)巨大成功，但是隨著計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的發(fā)展，RS-232串行端口逐漸成為通信的瓶頸。而USB則突破原有接口的限制，不僅具備較高的通信速率，而且其彈性化設(shè)計(jì)可以取代各種外圍設(shè)備所使用的接口，在計(jì)算機(jī)外圍接口中也占據(jù)著越來(lái)越明顯的優(yōu)勢(shì)。

Cypress公司的CY7C68013芯片內(nèi)部是增強(qiáng)型51單片機(jī)，控制簡(jiǎn)單，并實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的USB1.1和USB2.0協(xié)議，而且成本較低，用于光纜檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)很好的選擇，然而，其實(shí)現(xiàn)架構(gòu)較為復(fù)雜。本文重點(diǎn)分析和討論了其固件程序、驅(qū)動(dòng)程序等開(kāi)發(fā)過(guò)程，實(shí)踐表明，本文的方法達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的，效果較好。

光纜檢測(cè)系統(tǒng)

圖1是光纜線路檢測(cè)硬件模塊框圖，由DTE接口單元、主控處理單元和PSTN接口單元組成。

DTE接口單元：提供了RS-232接口，USB接口。USB符合1.1和2.0協(xié)議。

主控處理單元：是系統(tǒng)的核心模塊。主要功能為：從DTE接口單元接收命令，并通過(guò)調(diào)制解調(diào)后發(fā)送到遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)站；從PSTN接口接收遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)站的信號(hào)，解調(diào)后發(fā)送到DTE。

PSTN接口單元：提供了分別用于輪詢和中斷兩路PSTN標(biāo)準(zhǔn)接口。

本文采用從底層到上層的結(jié)構(gòu)來(lái)敘述如何使USB設(shè)備完成光纜檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕竟δ堋?/p>

USB設(shè)備接口設(shè)計(jì)

USB設(shè)備接口設(shè)計(jì)主要包含兩方面的內(nèi)容：USB芯片和光纜檢測(cè)系統(tǒng)之間的接口；USB芯片和計(jì)算機(jī)之間的接口設(shè)計(jì)。其中USB芯片和光纜檢測(cè)系統(tǒng)之間的接口可分為固件配置程序設(shè)計(jì)和接口時(shí)序設(shè)計(jì)；USB芯片和計(jì)算機(jī)之間的接口可分為驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序之間的通信。

固件配置程序

USB傳輸類型包括中斷傳輸(interrupt)、批量傳輸(bulk)、等時(shí)傳輸(iso)、控制傳輸(control)四種類型，四種類型的相關(guān)特性：數(shù)據(jù)最大長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)周期性、發(fā)生錯(cuò)誤是否重傳、可得到的最大帶寬等都存在較大區(qū)別。根據(jù)光纜檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)交互的特點(diǎn)，CY7C68013被配置為slave、異步、bulk模式。圖2是固件程序的框架結(jié)構(gòu)，只完成數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的功能，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理。

要實(shí)現(xiàn)最基本的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)功能只需要在TD_Init函數(shù)中進(jìn)行配置，由于篇幅原因這里僅列舉比較重要的一些寄存器的配置情況(表1)。

這里僅僅配置了端點(diǎn)2和端點(diǎn)6，端點(diǎn)2配置為寫(xiě)設(shè)備地址，端點(diǎn)6配置為讀設(shè)備地址，兩個(gè)端點(diǎn)都設(shè)置為4個(gè)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)大小設(shè)置為512bytes，兩個(gè)端口都設(shè)置為自動(dòng)方式，這樣設(shè)置可以使得讀寫(xiě)數(shù)據(jù)非常方便，大大減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和復(fù)雜性。

接口時(shí)序設(shè)計(jì)

異步slavefifo寫(xiě)時(shí)序設(shè)計(jì)

外部主控器進(jìn)程如下：

IDLE：當(dāng)寫(xiě)事件發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)到狀態(tài)1。

狀態(tài)1：指向IN FIFO，激活FIFOADR[1:O]，轉(zhuǎn)向狀態(tài)2。

狀態(tài)2：如果FIFO滿標(biāo)志為1(1：FIFO不滿；0：FIFO滿)，則轉(zhuǎn)向狀態(tài)3，否則停留在狀態(tài)2。

狀態(tài)3：傳送總線驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，激活SLWR，轉(zhuǎn)向狀態(tài)4。

狀態(tài)4：如果有更多的數(shù)據(jù)要寫(xiě)，則轉(zhuǎn)向狀態(tài)2，否則轉(zhuǎn)向IDLE。

實(shí)現(xiàn)異步從屬FIFO讀和實(shí)現(xiàn)異步從屬FIFO寫(xiě)大同小異，這里不再贅述。

驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、用來(lái)安裝驅(qū)動(dòng)程序的inf文件設(shè)計(jì)。Cypress公司為了使用戶使用簡(jiǎn)單，已經(jīng)完成了大部分工作，用戶只需要對(duì)其驅(qū)動(dòng)程序和inf文件作一些必要的修改就可以實(shí)現(xiàn)需要的功能。用戶可以去掉Cypress公司提供的部分不需要的功能，同時(shí)需要對(duì)USB設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符和串描述符進(jìn)行修改。

固件驅(qū)動(dòng)程序的功能是使計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)自己的USB設(shè)備，因此需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行固件程序配置，固件配置程序可以在Cypress公司提供的框架下進(jìn)行修改，主要是對(duì)端點(diǎn)和選擇模式相關(guān)的寄存器進(jìn)行配置，然后通過(guò)提供的hex2c將生成的十六進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)組，并將該數(shù)組替換驅(qū)動(dòng)程序中的firmware[]，用DDK進(jìn)行編譯產(chǎn)生固件驅(qū)動(dòng)程序。計(jì)算機(jī)通過(guò)搜索注冊(cè)表中的設(shè)備VID和PID來(lái)識(shí)別USB，如果存在EEPROM或者是FLASH，則這個(gè)VID和PID可以開(kāi)發(fā)人員自己定制。如果沒(méi)有EEPROM則VID必須為04b4，PID必須為8613，否則設(shè)備將無(wú)法被識(shí)別。

下載固件驅(qū)動(dòng)程序后，需要下載通用驅(qū)動(dòng)程序，通用驅(qū)動(dòng)程序可以完成需要設(shè)備完成的一系列功能。通用驅(qū)動(dòng)程序可以直接使用Cypress公司提供的通用驅(qū)動(dòng)程序。配置的時(shí)候VID和PID必須和inf文件中通用驅(qū)動(dòng)程序的VID和PID一致。

lnf文件的編寫(xiě)

所有的USB設(shè)備都至少具有一個(gè)VID和PID，VID和PID通過(guò)設(shè)備描述符表提交給Windows系統(tǒng)，同時(shí)，Windows系統(tǒng)使用INF文件將某一個(gè)VID和PID綁定到某一設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。這樣，Windows系統(tǒng)在知道了設(shè)備的VID和PID后，就通過(guò)存儲(chǔ)在INF文件中的信息查找該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。第一次安裝后，VID和PID信息就保存在注冊(cè)表中，以后當(dāng)該設(shè)備重新插上時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)在注冊(cè)表中很快的查找該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序信息。

固件驅(qū)動(dòng)程序的VID和PID必須為04b4和8613(如果有EEPROM則可以定制)，固件驅(qū)動(dòng)程序主要是用來(lái)自動(dòng)加載固件配置；通用驅(qū)動(dòng)程序的VID和PID必須和固件程序中配置的一致；

讀寫(xiě)測(cè)試的C語(yǔ)言程序

操作設(shè)備之前需要安裝驅(qū)動(dòng)程序，此時(shí)需要把sys文件和inf文件分別拷貝到系統(tǒng)文件夾system32\\drivers和inf下，然后依次選擇驅(qū)動(dòng)程序目錄文件進(jìn)行安裝即可，驅(qū)動(dòng)程序安裝成功后就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)。訪問(wèn)過(guò)程通常分為三個(gè)階段：打開(kāi)設(shè)備、操作設(shè)備、關(guān)閉設(shè)備。

打開(kāi)設(shè)備可以通過(guò)符號(hào)鏈接名方式，用CreateFile函數(shù)可以以同步方式打開(kāi)設(shè)備，獲取設(shè)備句柄。操作設(shè)備通過(guò)DeviceIoControl函數(shù)可以完成，由于接口時(shí)鐘不同，所以要用異步方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀寫(xiě)，否則設(shè)備讀寫(xiě)將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；讀取設(shè)備時(shí)采用直接程序控制方式，即CPU不斷查詢?cè)O(shè)備的FULL狀態(tài)位，當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)該位變?yōu)榈碗娖?，CPU就開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。設(shè)備操作完成后通過(guò)CloseHandle函數(shù)關(guān)閉設(shè)備句柄。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述從底層到上層設(shè)計(jì)的幾個(gè)步驟就可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的USB1.1和USB2.0協(xié)議，實(shí)踐表明，該設(shè)計(jì)在光纜檢測(cè)系統(tǒng)中工作良好。隨著個(gè)人電腦和各種電子產(chǎn)品，如打印機(jī)、掃描儀、調(diào)制解調(diào)器等，還是新出現(xiàn)的外圍產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、移動(dòng)硬盤、閃存等，幾乎100％支持USB，因此USB接口的應(yīng)用十分廣闊。