深度解读基于USB接口VSAT基带数据采集系统设计

CPLD控制采集外部数据的时钟可同时作为CY7C68013的从FIFO模式的读写控制时钟，即CY7C68013的接口时钟连接到IFCLK引脚，FLAGA-FLAGD为FIFO标志引脚，用于映射FIFO的当前状态，SLWR/SLRD是CY7C68013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SLOE，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。

3.1 USB设备固件程序设计

固件程序是指运行在设备CPU中的程序，是整个程序设备的核心，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USB协议相关的工作，用户只需根据外设功能的具体要求，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。

本系统固件开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μVision2，该固件共包含以下5个文件：

1)ez-usb.lib

是EZ USB函数库对象程序代码。

2)usbjmptb.obj

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、端点的设置特性，主机就是通过读取设备的描述符来获取USB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。

4)fw.c

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。一旦接收到STUP令牌，其将重复执行下面的任务分配过程：调用用户函数TD_Poll，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，USB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_Poll等)及其INT2中断服务子程序的定义，它实现了本系统的主要功能。

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64Mbit/s为就可满足实际需要，终端0作为默认的控制传输管道来处理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载固件到RAM中，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与FX2通信。

固件的程序代码既可以通过外部E2PROM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0xC0H，系统通过该PID/VID找到固件下载驱动程序(ezloader.sys)将相应的固件代码下载到FX2的RAM中。ezloader.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Win2000 DDK中创建的，并根据E2PROM提供的PID/VID修改相应的.inf文件，在将固件下载RAM中后，系统清楚内存中的固件下载驱动程序，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。

Ezusb.sys是本系统运行时所使用的主要驱动程序，它定义了几个IOCTL代码，其中：IOCTL_Ezusb_GET_DEVICE_DESCRIPTOR用于读取USB设备描述符;IOCTL_Ezusb_GET_CONFIGURATION_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

应用程序开发中，可用VC++编制应用程序。所有的用户程序是通过I/O控制调用来访问EZ-USB的设备驱动程序的，可以把EZ-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，用一个Win32函数DeviceIoControl()，把IOCTL和相关的输入输出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()关闭设备。

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USAT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，可广泛应用于VSAT通信系统中。