1、    基于USB的DSP高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)        張 鑫1， 蘇東林1， 李保權(quán) 時(shí)間:2008年04月11日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘要：介紹了在TMS320C32系列DSP上，利用EZ-USB FX2微控制器擴(kuò)展USB接口

2、的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了DSP與計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)鍵詞：USB DSP FX2 USB驅(qū)動(dòng) 固件數(shù)字信號(hào)處理器DSP以其運(yùn)算速度快的特點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用。但目前絕大部分DSP處理器僅提供了串口通訊方式，該方式僅適合少量數(shù)據(jù)的傳送，不能滿(mǎn)足通訊、圖像處理等需要高速數(shù)據(jù)交換場(chǎng)合的應(yīng)用。由于DSP運(yùn)算過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)向計(jì)算機(jī)傳輸，從而成為拓展DSP應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)瓶頸。而近幾年發(fā)展起來(lái)的通用串行總線USB技術(shù)，能夠滿(mǎn)足設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。如果將USB技術(shù)應(yīng)用到DSP處理器上，就可以徹底地解決DSP設(shè)備與計(jì)算機(jī)間大數(shù)據(jù)量的交換問(wèn)題，從而極大地?cái)U(kuò)展了DSP的應(yīng)用領(lǐng)域。本文實(shí)現(xiàn)了在TMS320C3

3、2系列DSP上，利用EZ-USB FX2微控制器擴(kuò)展USB接口的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了DSP與計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。1 USB簡(jiǎn)介1。2 系統(tǒng)構(gòu)成2.1 EZ-USB FX2性能特點(diǎn)為了實(shí)現(xiàn)USB2.0的高速帶寬，把FX2的端點(diǎn)FIFO和從屬FIFO（實(shí)現(xiàn)和外部邏輯器件或處理器接口的FIFO）集成在一起以減少內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。并且FX2的FIFO有獨(dú)特的“量子”特性22.2 TMS320C32性能特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器采用TI公司的TMS320C32，這是TI公司的第一代浮點(diǎn)DSP芯片。TMS320C32的性能特點(diǎn)：具有16M字的空間，每字32位。這16M字空間包括程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和I/O空間；為

4、32位處理器，具有32位內(nèi)部存儲(chǔ)器、32/40位內(nèi)部寄存器、32位內(nèi)部總線，還支持8位、16位數(shù)據(jù)操作，并且包含了兩個(gè)512×32位的快速RAM塊；C32通過(guò)24位的地址總線、32位的數(shù)據(jù)總線和三組選通信號(hào)IOSTRB、STRB0和STRB1訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器；TMS320C32是在TMS320C30和TMS320C31基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化和改進(jìn)。在結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)包括可變寬度的存儲(chǔ)器接口、更快速的指令周期時(shí)間、可設(shè)置優(yōu)先級(jí)的雙通道DMA處理器、靈活的引導(dǎo)程序裝入方式、可重定位的中斷向量表以及可選的邊緣/電平觸發(fā)中斷方式等。特別是其增強(qiáng)的外部存儲(chǔ)器接口，使得對(duì)外部數(shù)據(jù)的操作更加方便，存儲(chǔ)器接口電

5、路的設(shè)計(jì)也更加靈活，因此在許多實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用34。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)FX2有三種工作模式：端口、GPIF和從FIFO（Slave FIFO）模式。在本系統(tǒng)中，F(xiàn)X2工作于從FIFO模式下，TMS320C32作為主控（Master），直接控制FIFO數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。4KB的FIFO空間全部分配給了EP2端點(diǎn)，使其形成四重1 024字節(jié)的緩沖。當(dāng)C32向其中一個(gè)FIFO寫(xiě)“滿(mǎn)”時(shí)，F(xiàn)X2自動(dòng)將該FIFO轉(zhuǎn)換到外部接口端，排隊(duì)等候PC機(jī)讀取；并將EP2中下一個(gè)為“空”的FIFO轉(zhuǎn)移上來(lái)，供C32繼續(xù)寫(xiě)數(shù)據(jù)。USB的數(shù)據(jù)傳輸有四種模式：塊傳輸(Bulk Transfers)、

6、中斷傳輸（Interrupt Transfers）、同步傳輸（Isochronous Transfers）、控制傳輸（Control Transfers）。當(dāng)需要快速傳輸大批量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)，一般采用塊傳輸模式；而當(dāng)傳輸實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)時(shí)，則應(yīng)采用中斷傳輸模式。在該系統(tǒng)中采用了塊傳輸模式。TMS320C32與FX2的連接如圖2所示。其中，I/O和WR#分別是C32的一個(gè)通用I/O信號(hào)和讀寫(xiě)使能信號(hào)，PKTEND用于強(qiáng)制FX2發(fā)送FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)。例如，將EP2設(shè)置為自動(dòng)傳送模式，當(dāng)C32向EP2中寫(xiě)滿(mǎn)1 024個(gè)字節(jié)后，EP2自動(dòng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至USB端口，供上位機(jī)讀取；當(dāng)C32發(fā)送的數(shù)據(jù)不是1 0

7、24的整數(shù)倍時(shí)，最后一個(gè)數(shù)據(jù)包因?yàn)楸? 024小所以不會(huì)被EP2發(fā)送。這時(shí)有兩種方法：一是用無(wú)效數(shù)據(jù)將EP2補(bǔ)充滿(mǎn)；二是使用PKTEND信號(hào)在PKTEND的上跳沿處，F(xiàn)X2將EP2內(nèi)的剩余數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至USB5。3 軟件設(shè)計(jì)3.1 固件設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中，F(xiàn)X2的固件完成如下工作：（1）配置如下描述符。; Endpoint DescriptordbDSCR_ENDPNT_LEN; 描述符長(zhǎng)度dbDSCR_ENDPNT; 描述符類(lèi)型db82H; 端點(diǎn)號(hào)是2,輸出OUTdbET_BULK; 端點(diǎn)類(lèi)型db00H; 包的大小，低字節(jié)(LSB)db04H; 包的大小，高字節(jié)(MSB)db00H; 檢測(cè)間隔（2）

8、初始化一些寄存器的值，使之滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)。下面是采用keil C51編寫(xiě)的C語(yǔ)言固件程序的主要代碼：void TD_Init(void)CPUCS = 0x10; /CLKSPD1:0=10, 48MHz IFCONFIG = 0xCB; /異步從FIFO模式REVCTL = 0x03; EP2CFG=0xE8; /方向OUT，塊傳輸，四緩沖，1024字節(jié)PORTACFG = 0x40; /將PA7管腳設(shè)置為SLCS，從FIFO的片選信號(hào)FIFORESET = 0x80; FIFORESET = 0x02;FIFORESET = 0x00; EP2FIFOCFG = 0x0D; /配置EP2為自

9、動(dòng)方式，16位總線EP2AUTOINLENH=0x04;/數(shù)據(jù)包大小為1024字節(jié)EP2AUTOINLENL=0x00;可以看出，一旦FX2芯片上電后、CPU完成以上寄存器的初始化時(shí)，就不再干預(yù)FIFO的工作了，C32直接通過(guò)FIFO就建立起了與PC機(jī)之間的USB通道。3.2 驅(qū)動(dòng)程序6。WDM型的USB驅(qū)動(dòng)程序體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。該系統(tǒng)采用Cypress公司提供的GPD(General Purpose Driver)模板。該模板提供了一個(gè)上層的程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)底層的驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)，能夠完成USB設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求及Cypress公司的電路所特定的請(qǐng)求和數(shù)據(jù)的傳輸。GPD所提供的接口函數(shù)具有通用性，

10、包括打開(kāi)、關(guān)閉設(shè)備及USB的IO操作等7。本應(yīng)用在沒(méi)有改變所提供的EZUSBSYS的驅(qū)動(dòng)程序的情況下，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)通信。3.3 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)應(yīng)用程序是用戶(hù)操作計(jì)算機(jī)的界面，界于用戶(hù)與底層驅(qū)動(dòng)之間。應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用WIN32的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)和驅(qū)動(dòng)程序之間的通訊，完成對(duì)USB外設(shè)的讀取和發(fā)送。首先，打開(kāi)設(shè)備(程序打開(kāi)設(shè)備“DeviceName”的方式為通用讀寫(xiě)方式，文件共享讀寫(xiě)):HANDLE hDevice=CreateFile （DeviceName, /指向文件名的指針GENERIC_WRITEIGENERIC_READ， /訪問(wèn)模式（寫(xiě)/讀）FILE_SHARE_WRITEFILE

11、_SHARE_READ， /共享模式NULL， /指向安全屬性的指針OPEN_EXISTING， /如何創(chuàng)建0， /文件屬性NULL/用于復(fù)制文件句柄）；然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其代碼為：BOOL bResult = DeviceloControl (hDevice，direction，&Control，sizeof （xxxx_TRANSFER_CONTROL)，buffer，length， (unsigned long*)&nBytes，NULL ),其中，hDevice為設(shè)備句柄；direction為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍籆ontrol為四種USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭x擇；size(xxxx_TRANSFER_CONTROL)為數(shù)據(jù)格式所需存儲(chǔ)空間的大小；buffer為所傳輸數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)地址指針；nBytes為傳輸完成后實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個(gè)數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸格式為USB設(shè)備的統(tǒng)一規(guī)范，可參照Windows DDK中的相應(yīng)文件。本系統(tǒng)用于CCD成像檢測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)備成像后的圖像經(jīng)USB向計(jì)算機(jī)傳輸。如