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无线和有线USB接口共存的数据传输系统

作者:时间:2009-10-15来源:网络收藏
引 言
电子技术和芯片技术的发展使得数字系统运行的速度越来越快,设备内部和设备之间的交换对高速、实时、突发的要求越来越高。总线技术是交换的必要环节。早期的总线传输一般是串行方式,一些串行总线已经成为标准,非常适合语音和控制信号的低速传输,数据传输速率一般低于1 Mbps。这类总线包括RS232、I2C、SPI、I2S等,特点是引线少、速率低。并行总线由于线数多,可以从8位扩充到16位、32位和64位,甚至更高,使得数据传输速率成倍提高。但由于布线的差异以及干扰的存在,使得其数据传输的同步时钟速率很难超过150MHz。差分串行总线能够解决布线差异引起的问题,并具有较高的抗干扰性能,使得串行总线的传输速率得到迅速的提高。总线就是一种差分的串行总线,其速率可以达到480 Mbps,已经得到非常广泛的应用。
很多设备的应用场合中,设备之间的连接非常困难甚至不能实现,基于总线的数据传输从而得到发展和应用。总线包括蓝牙、网卡、无线传感器等。无线(Wireless Universal Serial Bus,W)也是这样的一种无线总线技术。由于现有设备的存在,使得单一的WUSB设备不能直接和现有设备进行交互。为了解决WUSB向USB兼容的问题,需要研制同时具有WUSB和USB功能的设备,实现单一的WUSB设备和单一的USB设备之间的数据交换。本文研制了一种和无线USB的系统,使用Cypress公司的CY-WUSB6935实现WUSB的数据收发,使用该公司的CY7C68013实现USB的数据收发,同时使用DSP实现两者之间的控制和数据处理。

1 硬件设计
1.1 WUSB和CYWUSB6935

WUSB技术的数据收发采用超宽带技术(Ultra WideBand,UWB)的脉冲调制方式。由于其载波信号不是连续存在的,仅仅存在于数据传输瞬间,使得其数据收发间隙几乎没有功耗,因此非常适合电池供电并工作较长时间。在3 m距离内,目前的WUSB2.0标准可以实现480 Mbps的数据传输速率,正在规划的WUSB3.0可以实现1 Gbps的数据传输速率。
CYWUSB6935是Cypress公司推出的一款支持WUSB标准的芯片。其发射频率为2.4 GHz,采用直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)技术,以避免来自2.4 GHz频段中802.11b、Bluetooth、无绳电话以及微波炉等无线信号的干扰;具有-95 dBm的接收灵敏度,确保在50 m范围以内获得较强的全方向信号;待机功耗非常低,具有约0.25μA的待机电流,使用普通电池待机时间可达数年;具有可自适应的发射功率,可以识别收发信号的强弱,发射功率具有-30~0 dBm的动态范围。注意,CYWUSB6935具有高达62.5 kbps的数据传输速率,平均响应时间少于10 ms。图1是CYWUSB6935的内部结构框图。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/157818.htm

无线信号的收发由集成在片内的GFSK调制器和解调器完成,调制/解调器需要外部提供标准的13 MHz的时钟信号。该信号经过频率合成器转换为发射载波信号,如果频率合成器锁定时钟,将输出同频率的13 MHz时钟,可以由此判断调制/解调器是否正常工作。
CYWUSB6935具有2路功能完全一样的基带信号处理通道,射频端2路基带通道都和调制解调器连接。发送数据经过并串转换传输到基带处理通道;接收时基带通道处理后的数据经过串并转换传输到数字。基带通道主要功能是将数据调制在扩频码上,可以根据设置将一个数据位扩频到64个或者32个码片上。
数字主要包括1个SPI,由于CYWUSB6935最大只有62.5 kbps的数据传输速率,所以SPI接口完全满足数据传输要求。数字接口还具有复位、中断、休眠选择和设置引脚,以提高芯片的适应性。
CYWUSB6935有4种工作模式:64 chip/b单通道、32 chip/b双通道、32 chip/b单通道双倍采样和32 chip/b单通道两倍数据速率。第3种工作模式的数据传输速率最低,但性能更加可靠,一般在较远距离或者信道状况较差情况下使用;第4种工作模式的数据传输速率最高,但性能最差,一般在较近距离或者信道状况较好情况下使用。模式选择通过配置数据速率寄存器来实现。
接收和发射均采用中断方式,有3种:发射中断、接收中断和唤醒中断。这些中断共用一个IRQ引脚。通过读取中断状态寄存器可以确定中断类型。如果为接收中断,则从相应的数据接收寄存器中获得相应通道的数据;如果是发射中断,则接收数据送到基带通道中进行扩频处理;如果是唤醒中断,则切换休眠状态到工作状态,准备接收或者发射数据。
1.2 CYWUSB6935和DSP的连接
CYWUSB6935的数据接口一般采用SPI接口,与各种控制器的连接非常方便。DSP芯片选用TI公司的TMS320C6727B。该芯片是浮点型DSP,最高工作频率达到350 MHz;单个指令周期可以执行6个浮点数据运算,最高达到2 100 MFLOPS;片内具有256 KB的RAM,片内外设具有各种接口(其中包括与CYWUSB6935连接的SPI接口)。CYWUSB6935和TMS320C6727B的连接如图2所示。

TMS320C6727B作为主控制器,提供SPI的时钟和使能信号(图2中的SPIO_CLK和SPIO_SCS)给CY_WUSB6935。工作状态下,CYWUSB6935一共发送3种中断信号到TMS320C6727B,均由IRQ引脚传输到TMS320C6727B。其中,工作定时中断表明CY-WUSB6935处于正常工作状态,如果TMS320C6727B超过时间未收到定时工作状态信号,则由SPI接口软件复位CYWUSB6935;如果软件复位后仍然不能正常工作,则由GPIO0引脚硬件复位CYWUSB6935,从而确保CY-WUSB6935不会进入死锁和非正常工作状态,大大提高了系统的可靠性。在休眠方式下,TMS320C6727B使用GPIO1引脚控制CYWUSB6935的PD引脚,控制其进入休眠方式;同样,使用该引脚可以唤醒CYWUSB6935。TMS320C6727B的Flash用于存储程序代码;AIC23为音频处理芯片,可以使用音频信号控制TMS320C6727B;CYWUSB6935的收发天线为PCB天线,直接在电路板上制作完成。
1.3 USB和CY7C68013
USB接口一般包括3个部分:具有USB接口的PC系统,能够支持USB的系统软件,以及使用USB接口的设备。USB接口的应用采用通用连接技术,实现外设的简单快速连接,从而达到方便用户、降低成本、扩展PC机连接外设范围的目的。
USB接口的特点如下:连接灵活、使用方便;为USB接口设计的驱动程序和应用软件可以自动启动,无需用户干预;单独使用自己的保留中断,不会同其他设备争用资源;可以为外设提供电源,USB接口能自动识别外设所需的电源,并通过USB电缆向该设备供电(最高可达500mA,可以使用2根USB电缆,提高供电电流到1 A)。
CY7C68013是Cypress公司推出的USB2.0芯片。它包括8051处理器、智能串行接口引擎、USB、16 KB片上RAM存储器以及通用可编程接口。智能串行接口引擎执行所有基本的USB功能,将嵌入的8051处理器解放出来用于实现其他功能,以保证连续、高速、有效的数据传输。RAM存储器可以分配4 KB的大容量FIFO用于数据缓冲,作为从设备时,可采用同步或者异步FIFO接口与主设备连接;作为主设备时,可通过GPIO接口配置控制时序来实现与其他从设备连接。
CY7C68013的内部结构如图3所示,其中与外部设备的接口包括I2C总线、GPIO接口和FIFO接口等。数据通过这些接口传输到内部的数据和地址总线,由8051处理器处理,或者直接送到USB接口的智能引擎单元;然后传输到USB,最终传输到PC机。CY7C68013片内还包括PLL时钟电路,将外部的24 MHz时钟信号连接到USB和8051处理器,驱动内部模块工作。


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