USB2.0接口芯片CY7C68013的固件程序开发

摘要：USB2.0接口技术为外设与主机之间提供了一种灵活高效的双向数据通道。可广泛地应用于数据采集、工业控制和消费数码等方面。本文简要介绍了支持USB2.0协议的接口芯片CY7C68013的结构。分析了 CY7C68013芯片的固件程序框架的结构。给出了如何在该固件程序框架下使用C语言进行固件程序开发的方法。
关键字： USB2.0, 接口，固件程序

引言：

现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在瞬态信号测量、图像处理等一些高速、高精度的测量中，需要进行高速数据采集。USB2.0接口以其高速率、灵活性等优点渐有取代传统的ISA及PCI数据总线的趋势。与此同时作为一种灵活而又低廉的接口技术，USB接口更是以其热插拔特性成为各种PC外设的首选接口。因此，围绕着USB2.0的开发成为当前的一大热门。
下面将以Cypress公司的CY7C68013芯片为例来探讨一下支持USB2.0协议的固件程序的开发。

1. 接口芯片CY7C68013简介：
CY7C68013芯片是Cypress公司的EZ-USB FX2系列中一种既满足USB2.0协议同时兼容USB1.1协议的功能强大的接口芯片。其结构如下图所示[2]：

图1 CY7C68013接口芯片结构

该芯片有如下几个特点[2]：
1）集成有一块增强型8051内核
与普通8051微处理器相比该增强型处理器有如下改进：
l完成每个指令周期只需4个时钟周期；
l时钟频率可软配置为12/24/48MHz；
2）集成有一个串行接口引擎(SIE)以及一个USB2.0收发器
由于USB2.0收发器和串行接口引擎完成了USB协议的封包、解包等功能，屏蔽了底层信号的电气特性。
3）支持软配置：
采用再次枚举（ReNumeration）技术，固件程序可以保存在主机上，每次上电后通过USB接口将固件下载到芯片RAM中。具有很大的灵活性。
4）通用可编程接口(GPIF)：
GPIF提供可编程控制的接口时序，使得无需附加逻辑（glue logic）即能实现与外围芯片如DSP、ASIC等的连接，同时也支持ATAPI、EPP等总线标准。
5）四个可编程端口（Endpoint）：
CY7C68013共有7个输入输出端口：EP0、EP1OUT、EP1IN、EP2、EP4、EP6、EP8。其中EP2、EP4、EP6、EP8 分别可以被配置为批量/中断/同步传输模式，传输方向均可配置为出/入。
6）可编程缓冲区（Buffer）深度：
端口EP2、EP6的缓冲区大小可编程为512或1024字节，深度可编程为2/3/4倍大小；端口EP4、EP8的缓冲区固定为512字节大小，深度为2倍。采用不同的配置方式，实现特定带宽、速率要求的数据传输。

2．开发工具：

Cypress公司的网站（http://www.cypress.com）上提供了CY7C68013芯片的开发工具包下载,该开发包提供了开发固件程序的所需的一些资源：Keil uVision2集成开发环境（限制版）；Cypress C51固件框架程序以及一些例子程序。
Keil uVision2 是一个功能强大的集成开发环境，该开发环境集成有C51编译器和A51汇编器以及BL连接定位器等一系列工具和模拟仿真、调试器，因此它能够支持C程序和汇编程序混合的工程，给软件的开发带来很大的便利[5]。
Keil C51是一种专为8051单片机设计的高效率C语言编译器，符合ANSI标准，生成的程序代码运行速度极高，所需要的存储空间极小，完全可以个汇编语言相媲美。同时，C51具有丰富的库函数，多达100多种功能函数。因此，采用C语言作为开发语言以Keil uVision2作为工程开发平台，完成源代码的编写、仿真、调试，将在相当程度上降低固件开发难度、提高开发效率[4]。

3．固件结构及组成：

固件程序的功能虽然复杂，在编写时需要用到大量的函数，但其基本结构却相对简单，包括如下几个部分：
3．1设备描述符表：
每一个USB设备在与主机建立数据通信之前必须先向主机通报自己的具体配置，包括设备的厂商、产品识别号(VID、PID)，设备的供电方式以及能量消耗等一系列重要信息。而这些有关设备的信息就是通过设备描述符表来通报给主机，从而使主机采用适当的方式建立与设备之间的连接.其结构如下所示：
DeviceDscr:
db 18 ;;该描述符长度（以字节为单位）
db DSCR_DEVICE ;; 描述符类型
……
db 1 ;; 共有几种配置（1种）