基于CY7C68013的USB數據傳輸系統設計

摘 要：為了解決高速數據傳輸系統中的速度瓶頸問題，設計了一種基于CY7C68013的高速USB2.0數據傳輸系統。本文簡要介紹了CY7C68013的主要特點和外部硬件連接，闡述了USB固件程序設計、設備驅動程序設計和PC端的應用程序設計的方法。測試結果表明，系統通過USB接口實現了高速可靠的數據傳輸。

關鍵詞：USB；CY7C68013；高速數據傳輸

1 引言

在高速數據傳輸系統中，USB（Universal Serial Bus）接口因其高速、即插即用和易于擴展等特點得到了非常廣泛的應用[1]。目前USB2.0標準的傳輸速度最高已達480Mb/s，能夠滿足大多數數據傳輸系統的需求。本文介紹的是基于Cypress公司生產的USB2.0芯片CY7C68013的高速數據傳輸系統，該系統具有傳輸速率高、誤碼率低、易于擴展等特點。

2 CY7C68013簡介

CY7C68013是Cypress公司的EZ-USB FX2系列芯片。該芯片符合USB2.0協議標準，它支持12Mbps的全速以及480Mbps高速傳輸，是一種完全集成的USB2.0方案，具有USB2.0全帶寬能力，以其良好的性能和獨特的設計在USB接口開發領域中占有重要的地位[2]。

EZ-USB FX2芯片將USB外圍接口所需的各種功能包裝為一個簡潔的集成電路。如圖1所示：其內部構成包括USB收發器、串行接口引擎（SIE）、4kB的FIFO存儲器、8.5kB的RAM、增強型8051內核、8/16位數據總線、I/O端口和通用可編程接口（GPIF）。

3 系統硬件連接

為了滿足系統對于數據傳輸的速度和實時性的要求，將CY7C68013設置工作在Slave FIFO模式。其硬件電路連接圖如圖2所示。

如圖2所示，CY7C68013使用外部提供的24MHz晶振。FPGA與CY7C68013通過16位雙向數據總線FD[15：0]進行數據交互。FIFOADR[1：0]用于選擇和FD連接的端點緩沖區，在數據輸入時設定為00，選擇端點2；數據輸出時設定為01，選擇端點4。SLOE（輸出使能）和SLRD信號（讀使能信號）共同有效，對CY7C68013進行讀操作。SLWR為CY7C68013的寫使能信號。FLAGA、FLAGB、FLAGC表示CY7C68013內FIFO的當前狀態。

4 系統軟件設計

系統的軟件設計包含三個部分：USB固件程序設計、設備驅動程序設計和應用程序設計。

4.1 USB固件程序設計

固件程序設計實際上就是CY7C68013的軟件設計。它在CY7C68013芯片的8051內核中運行，負責芯片初始化，重新設置設備如設備描述符及設備功能代碼等。Cypress公司為簡化程序的編寫并縮減開發周期，為開發者提供了固件程序開發框架，用戶只需在這些框架文件的函數里添加自己的程序代碼，就可以實現所需的特定功能[3]。固件程序的基本工作流程如圖3所示。

4.2 設備驅動程序設計

USB設備驅動程序介于硬件與用戶應用軟件之間，為二者之間通信起到橋梁的作用。在WINDOWS系統下，主機與設備之間的USB通信必須經過設備驅動程序來傳輸。

該系統的USB驅動程序是基于WDM（Win32 Driver Mode，Win32驅動程序模型）的，是Microsoft力推的全新驅動程序模式，旨在通過提供靈活的方式來簡化驅動程序的開發，實現對新硬件的支持。WDM體系結構實行分層處理，每層驅動把I/O請求劃分成更簡單的請求，以傳給更下層的驅動執行。最底層的驅動程序在收到I/O請求后，通過硬件抽象層，與硬件發生作用，從而完成I/O請求工作，如圖4所示。

Cypress公司提供了EZ-USB通用驅動程序ezusb.sys，降低了USB設備驅動程序的開發過程。EZ-USB通用驅動程序是一個可用于EZ-USB外圍設備接口的通用設備驅動程序，采用WDM驅動程序模式，支持即插即拔和USB的4種傳輸模式，提供應用程序和USB設備請求數據傳輸的接口。開發人員使用驅動程序通過EZ-USB控制面板執行標準的USB設備請求和數據傳輸，從而檢測或調試USB設備的性能。

4.3 應用程序設計

應用程序以驅動程序為橋梁，對CY7C68013進行控制，處理CY7C68013傳回的數據。Cypress公司為USB主機提供了通用控制函數庫CyAPI.lib，主機調用庫中接口函數便可完成與采集系統之間的數據傳輸。USB主機應用程序工作流程如圖5所示。

5 結束語

本設計通過USB 2.0接口芯片CY7C68013實現了一種高速、穩定的數據傳輸系統，并可用于任意的數據采集系統中，具有較強的兼容性。本設計已成功運用于某GNSS信號采集系統，經實測，最高傳輸速率達到了375Mb/s，數據高速穩定，完全能夠滿足該信號采集系統的要求。

[參考文獻]

[1]周芳.基于FPGA的USB接口讀寫設計[J].安徽工業大學學報.2006.（01）：76～79.

[2]Bi Bo.Sun Shuying.Wang Chunping.Design of Data Acquisition Equipment Based on USB[J].Electronic Measurement and Instrument.2007：866～868

[3]吳磊，郭超平，申世濤.基于CY7C68013與FPGA的便攜式數據采集系統[J].計算機應用.2012，32：164～166.