CY7C68001与TMS320VC5416的接口设计

近年来，随着数字信号技术的发展，需要处理的数据量越来越大，处理的速度也越来越快，因此具有高速性能dsp芯片的应用得到了广泛重视。而通过dsp处理的数据往往要传输给pc机进行存储和再处理，那么就必须研究dsp与pc机之间的高速通信问题，所以今年发展起来的usb 2.0技术及其高速易扩展等特点得到越来越广泛的应用，本文就是使用usb 2.0芯片cy7c68001和dsp芯片tms320vc5416来实现dsp与pc机通信的。

1 cy7c68001芯片特点描述

cy7c68001是用来连接微处理器或dsp的dma从装置，其内部不含微处理器；集成有usb2.0收发器（物理层）、usb2.0串行接口引擎sie（链路层、实现底层通信协议）、4kb的fifo和电压调节器、锁相环；支持高速（480mb/s）或全速（12mb/s）传输；3.3v操作电压，24mhz外部振荡频率；可以选择8位或16位总线方式；具有同步与异步的fifo接口；他可以向用户提供足够的端口，缓冲区和传输速度，提供usb2.0协议要求的全部4种传输方式（控制传输、中断传输、批量传输和同步传输），可以满足用户对各种类型数据传输的需求。片上的串行接口处理器（sie）能完成大部分的usb协议操作，使用户可以摆脱复杂的协议细节，简化了用户配置代码，加快了程序开发过程。但是由于采用的是不带mcu内核的usb接口芯片，usb的应用层协议应该由tms320vc5416编程实现，usb固件的加载必须靠dsp控制cy7c68001完成。

2 cy7c68001芯片寄存器

2.1 cy7c68001配置寄存器

usb的配置寄存器主要有ifconfig，flagsab，flagscd，polar，revid。ifconfig配置usb的接口方式；flagsab与flagscd确定flagx所代表的状态；polar确定fifo接口信号的极性；revid读版本号。

2.2 endpoint配置寄存器

配置usb四个节点，主要有epxcfg，epxpktlenh与epxpktlenl，epxpeh与epxpel，epxisoinpkts几类寄存器（x的值为2，4，6，8）：epxcfg配置每一个endpoint的类型；epxpktlenh与epxpktlen设置每个节点包的大小；epxpfh与epxpfl确定每个节点的可编程的标志位；epxisoinpkts确定等时同步传输时，每一帧的数据包个数。

2.3 状态寄存器

状态寄存器有ep24flags与ep68flags；ep24flags确定节点2与4的fifo的状态；ep68flags确定节点6与8的fifo的状态。

2.4 usb帧状态寄存器

usb总线配置寄存器主要有usbframeh、usbframel、microframe、fnaddr来确定usb每一帧的状态，usbframeeh/l寄存器确定每一帧的数据长度；microframe寄存器确定每一个微帧的数据个数；fnaddr寄存器保存自举时的7位地址。

2.5 节点0（endpoint0）操作寄存器

节点0（endpoint0）操作寄存器主要包括fp0buf，setup，ep0bc三个寄存器：ep0buf寄存器是节点0的缓冲寄存器，通过他可以完成对节点0数据的访问；setup寄存器从计算机接收set－up数据包；ep0bc，节点0中的数据的个数。

2.6 其他寄存器

inpktend/flush寄存器强制数据包结束或清空fifo；interrupts寄存器为中断使能寄存器；desc寄存器可以完成对描述表的操作。

3 tms320vc5416与cy7c68001的硬件接口

本设计将cy7c68001配置在tms320vc5416的i/o空间，采用cy7c68001的并行异步读写方式完成二者之间数据和命令的交换。其原理框图如图1所示。

cy7c68001除了存储器接口外，还有1个中断信号usbint反和4个状态信号（ready，flaga，flagb和flagc），中断信号usbint反，扩展总线的xint2反，操作复用tms320vc5416的外部中断int2反被配置在系统状态寄存（sysstat1）中，可由tms320vc5416查询，以确定真正的中断源，状态信号ready，flaga，flagb和flagc配置在本系统状态寄存器0（sysstat0）中，可由tms320vc5416查询，由于采用了cpld，增强了系统的灵活性和可扩充性。在实际操作中，由于通信速度达到了480mb/s，所以采用4层板设计，而且对电源要进行很好的退耦处理，对dsp所需的16mhz有源晶振和cy7c68001用到的24mhz有源晶振要进行铺铜处理。

4 tms320vc5416对cy7c68001的操作

cy7c68001有2个外部接口：

（1）命令接口：用来访问cy7c68001寄存器、endpoint0缓冲器及描述表；
（2）fifo数据接口：用来访问4个1kb的fifo中的数据。
这两个外部接口均可以通过同步或异步的方式进行访问。在本系统中均采用异步的方式进行访问的，命令口的命令字：

ad：地址/数据选择，为0时表示本操作为数据读或写，为1时表示本操作为地址写；
r/w：读/写操作选择，为0时进行写，为1时进行读；
d[5：0]：地址/数据，当ad＝0时，d[3：0]为数据半字节，d[5：4]未用，命令字为8位，故命令字数据分二次读出或写入；当ad＝1时，d[5：0]包含将要寻址的命令寄存器的地址。

4.1 命令口的读/写操作

系统中cy7c68001作为tms320vc5416的外设，占用tms320vc5416的i/o空间，地质为0x0007－0x0000。地址分配如下：fifo2，fifo4，fifo6，fifo8和命令口的地址分别为000，001，010，011，100，而地址101，110，111则保留。cy7c68001的地址线fifoadr[2：0]为100b时，选中cy7c68001的命令口。通过cy7c68001的命令口，可以访问37个寄存器、endpoint0缓冲器（64个字节fifo）和描述表（500个字节fifo）等，如果将endpoint0缓冲器和描述表也看成是寄存器，那么单个命令口下内含了众多的寄存器，对这些寄存器进行读/写访问采用二次寻址方式，即首先通过命令口将要寻址寄存器子地址和操作类型（读操作还是写操作）写入，然后再通过命令口将数据读出或写入相应的寄存器，写入命令口的内容称为命令字，命令字包含要寻址的寄存器的子地址，或是要写入寄存器数据的高位4位或低4位，读命令口必须在给命令口写入命令字之后，所读出的为相应寄存器的8位数据。在这里，对寄存器的操作均以8位数据宽度进行。

4.1.1 tms320vc5416对cy7c68001寄存器的写操作过程

（1）将tms320vc5416对i/o空间访问的等待周期设为7；
（2）通过检查系统状态寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready线变高；

（3）寻址cy7c68001命令口（最低3位地址必须为100b），将10xx，xxxxb写命令字写入命令寄存器（xx，xxxxb代表需寻址的寄存器的子地址）；
（4）通过检查系统状态寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready线变高；
（5）寻址cy7c68001命令口（最低3位地址必须为100b），将0xxx，d7d6d5d4b数据高4位命令字写入命令寄存器（d7d6d5d4b代表要写入的数据的高4位）；
（6）通过检查系统状态寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready线变高；
（7）寻址cy7c68001命令（最低3位地址必须为100b），将0xxx，d3d2d1d0b数据低4位命令字写入命令寄存器（d3d2d1d0b代表要写入的数据的低4位）。

4.1.2 tms320vc5416对cy7c68001寄存器的读操作过程

（1）tms320vc5416对i/o空间访问的等待周期设为7；
（2）通过检查系统状态寄存器0（sysstat0）位2（usbrdy）等待cy7c68001的ready线变高；
（3）寻址cy7c68001命令口（最低3位地址必须为100b），将11xx，xxxxb读命令字写入命令寄存器（xx，xxxxb代表需寻址的寄存器的子地址）；
（4）等cy7c68001申请tms320vc5416的外部中断xint2反；
（5）寻址cy7c68001命令口（最低3位地址必须为100b），读cy7c68001命令口。
4.2 fifo数据接口的操作

对数据接口的写操作用到了sx2_fifowritesingle（）函数，负责向usb的数据缓冲区中写数据，由于这个写程序是在主频为160mhz时的设置，为了满足数据保持时间最小为10ns，需要清空流水线，加入3个空操作nop，i/o系统的等待周期为2个；对数据接口读操作用到了函数sx2_fiforeadsingle（），例如从端口4读一个字节
popm ah popm al pshm al pshm ah sub＃1，a bc fifo_r3rd，aneq portr usbfifo4，＊ar0 popm ah popm al b fiforeadexit
另外，程序中用到了中断函数int2_isr（），在读周期，主机申请读寄存器的值，此时产生中断，从sx2读进数据；

5 usb的编程

5.1 usb的初始化

cy7c68001有e2prom自举和通过dsp自举2种自举方式，在本系统中这两种方式均可以，一般采用e2prom来进行usb的初始化，在e2prom中初始化的顺序如下：
0xc4通知ez_usb sx2有一个有效的e2prom存在；
ifconfig 设置ifconfig寄存器，其函数为write_sx2reg（）；
polar设置各个信号的极性，其中slow，slrd，slwr只能由e2prom来配置；
descriptor 是否从e2prom中装入初始化表。当值为0xc4时装入，反之等待master装入；
descriptor length 这是两个字节的空间，指示e2prom中descriptor的长度；
descriptor data 描述表的内容，其函数为load_descriptors（）。
usb的编程主要分为2个部分，一是host方面驱动程序的编写，一是有关dsp与usb数据与命令的交换，

5.2 host端程序

host端需要编写usb设备驱动程序和应用程序。

usb设备驱动程序主要是通过调用微软的usbd.sys来实现pc机与usb总线的数据交换。因而usb设备驱动程序主要完成的功能如下：

（1）对相应的usb设备建立设备驱动对象并完成对usb设备的初始化；
（2）完成usb设备的即插即用功能；
（3）完成usb设备电源的管理；
（4）实现对usbd.sys的调用，完成对usb设备的控制与数据的交换；
（5）实现对usb通讯措施的处理。

usb设备应用程序主要用到以下几个函数：

opendriver（）打开驱动程序；
closedriver（）关闭驱动程序；
sx2getdevicedesc（）获取描述表；
sx2getconfigdesc（）获取配置说明；
sx2getpipeinfo（）获取接口信息；
sx2sendvendorreq（）向usb发送请求；
sx2bulkdatatrans（）在pc和usb间传递数据。

5.3 tms320vc5416端程序

tms320vc5416是通过其i/o口来完成cy7c68001的数据交换的，在这部分程序中主要完成以下功能：

（1）完成对命令接口的读与写；
（2）完成对fifo接口的读与写；
（3）完成tms320vc5416对usb的自举；
（4）完成tms320vc5416与usb的控制命令的传输；
（5）完成tms320vc5416与usb的各种方式的数据传输。

6 结语

本文以tms320vc5416为核心，利用cy7c68001实现了usb2.0设备接口协议，试验证明该系统可以满足高速信号处理的要求，并具有速度快和可靠性高等优点。