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浅谈TMS320C54xx DSP的USB接口的实现
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2017-10-24
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通用串行总线USB（Universal Serial Bus）应用由三部分组成：具有USB接口的PC系统、能够支持USB的系统软件和使用USB接口的设备。USB应用采用通用连接技术，实现外设的简单快速连接，借以达到方便用户、降低成本、扩展PC机连接外设范围的目的。USB的特点如下：
（1）连接灵活、使用方便 现在计算机系统连接外围设备的接口并无统一的标准，如键盘用PS/2接口，打印机用25针的并行接口等。USB则将这些不同的接口统一起来，由一组微小的矩型插座和软件构成。用户插入外设后，计算机系统能够自动识别接入的外设，而不需要重新启动系统，用户可以带电插拔；为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预USB设备，也不涉及IRQ冲突等问题；USB单独使用自己的保留中断，不会同其它设备争用PC机的有限资源。
（2）为外设提供电源 USB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）。
（3）速度快 USB的最高传输率可达12Mbit/s，比串口速度快100倍，比并口速度快近10倍。USB端口的传输速率比目前PC机平台上的任何其它类型端口的传输速率都快。预计今后USB的速度将会提高到100Mbit/s以上。
（4）支持多媒体 USB提供了对电话的两路数据支持，它可支持异步及等时数据传输，使电话可与PC机集成，共享语音邮件及其它功能。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减少了电子噪音干扰声音质量的机会，从而使音频系统具有更高的保真度。
1 USB接口芯片AN2131Q
目前市场上USB接口芯片很多，使用较为广泛的是Crypress公司的AN2131系列的USB接口芯片AN2131Q。AN2131Q具有以下优点：
（1）基于RAM的“软”系统解决方案（SOFT，RAM BASED），不需要ROM或其它的固化存储器，而只使用片内的程序/数据RAM。通过主机下载的方式来配置USB接口，因而使接口系统的修改和升级变得非常简单，使外设硬件的更新和升级变得更为方便。
（2）数据吞吐量完全达到USB协议要求，可以向用户提供足够的端口、缓冲区和传输速度；提供USB协议要求的全部四种传输方式（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。
（3）片上的串行接口处理机（SIE）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，加快了开发过程。
（4）内嵌增强型8051处理器，兼容8051指令系统；一个指令周期仅需四个时钟周期，可提供标准8051三倍以上的处理能力；双数据指针，方便数据块搬移；使用片内RAM作为数据/程序存储器，非复用数据/地址总线，使程序执行速度更快，并且其同外部器件的连接更加简单。
（5）休眠模式可以降低系统功耗，延长器件的使用寿命。
AN2131Q的功能框图如图1所示。
USB收发器和PC机的接口只有四根导线：+5V、GND、D+、D-。数据以12Mb/s的全速信号或者以1.5Mb/s的低速信号在D+和D信号线上差分传输。收发器固化在芯片上，不需要外部电路，最多只需要用来选择全速或者低速的上拉电阻。
串行接口引擎（SIE）通过包排序、信号产生及检测、CRC产生及校验、NRZI数据编码、位填充以及包标识产生及解码等功能块处理USB通信协议，并保证传送到USB电缆上的数据字节以LSB开头。
AN2131Q采用通用的8051微控制器及片上RAM，其编程语言为51系列单片机的通用语言，使用方便。
2 TMS320C54XX DSP和AN2131Q接口芯片的硬件连接
TMS320C54xx DSP芯片选用TI公司的TMS320VC5409，Tms320VC5409是定点DSP芯片，它使用改进的哈佛结构，8级流水线操作，最高速度可以达到166MIPS。
在AN2131Q芯片和TMS320C54xx DSP芯片之间采用FIFO（First In First Out SRAM）芯片连接，可以使USB接口芯片和DSP之间的最大数据交换速度超过USB总线的速度，使之不成为数据传输的瓶颈，从而使DSP和主机间的数据传输速度只受USB协议限制。
由于AN2131Q芯片内嵌8位8051处理器，所以使用两片8位FIFO芯片实现USB接口和DSP之间的双向通信。FIFO选用具有1K×9bit内存的IDT72V02。从AN2131Q或者DSP传输的数据首先保存在FIFO中，然后再由DSP或者AN2131Q读走，从而使得数据的传输不会出现堵塞情况，其硬件连接框图如图2所示。
（1）连接灵活、使用方便 现在计算机系统连接外围设备的接口并无统一的标准，如键盘用PS/2接口，打印机用25针的并行接口等。USB则将这些不同的接口统一起来，由一组微小的矩型插座和软件构成。用户插入外设后，计算机系统能够自动识别接入的外设，而不需要重新启动系统，用户可以带电插拔；为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预USB设备，也不涉及IRQ冲突等问题；USB单独使用自己的保留中断，不会同其它设备争用PC机的有限资源。
（2）为外设提供电源 USB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）。
（3）速度快 USB的最高传输率可达12Mbit/s，比串口速度快100倍，比并口速度快近10倍。USB端口的传输速率比目前PC机平台上的任何其它类型端口的传输速率都快。预计今后USB的速度将会提高到100Mbit/s以上。
（4）支持多媒体 USB提供了对电话的两路数据支持，它可支持异步及等时数据传输，使电话可与PC机集成，共享语音邮件及其它功能。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减少了电子噪音干扰声音质量的机会，从而使音频系统具有更高的保真度。
1 USB接口芯片AN2131Q
目前市场上USB接口芯片很多，使用较为广泛的是Crypress公司的AN2131系列的USB接口芯片AN2131Q。AN2131Q具有以下优点：
（1）基于RAM的“软”系统解决方案（SOFT，RAM BASED），不需要ROM或其它的固化存储器，而只使用片内的程序/数据RAM。通过主机下载的方式来配置USB接口，因而使接口系统的修改和升级变得非常简单，使外设硬件的更新和升级变得更为方便。
（2）数据吞吐量完全达到USB协议要求，可以向用户提供足够的端口、缓冲区和传输速度；提供USB协议要求的全部四种传输方式（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。
（3）片上的串行接口处理机（SIE）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，加快了开发过程。
（4）内嵌增强型8051处理器，兼容8051指令系统；一个指令周期仅需四个时钟周期，可提供标准8051三倍以上的处理能力；双数据指针，方便数据块搬移；使用片内RAM作为数据/程序存储器，非复用数据/地址总线，使程序执行速度更快，并且其同外部器件的连接更加简单。
（5）休眠模式可以降低系统功耗，延长器件的使用寿命。
AN2131Q的功能框图如图1所示。
USB收发器和PC机的接口只有四根导线：+5V、GND、D+、D-。数据以12Mb/s的全速信号或者以1.5Mb/s的低速信号在D+和D信号线上差分传输。收发器固化在芯片上，不需要外部电路，最多只需要用来选择全速或者低速的上拉电阻。
串行接口引擎（SIE）通过包排序、信号产生及检测、CRC产生及校验、NRZI数据编码、位填充以及包标识产生及解码等功能块处理USB通信协议，并保证传送到USB电缆上的数据字节以LSB开头。
AN2131Q采用通用的8051微控制器及片上RAM，其编程语言为51系列单片机的通用语言，使用方便。
2 TMS320C54XX DSP和AN2131Q接口芯片的硬件连接
TMS320C54xx DSP芯片选用TI公司的TMS320VC5409，Tms320VC5409是定点DSP芯片，它使用改进的哈佛结构，8级流水线操作，最高速度可以达到166MIPS。
在AN2131Q芯片和TMS320C54xx DSP芯片之间采用FIFO（First In First Out SRAM）芯片连接，可以使USB接口芯片和DSP之间的最大数据交换速度超过USB总线的速度，使之不成为数据传输的瓶颈，从而使DSP和主机间的数据传输速度只受USB协议限制。
由于AN2131Q芯片内嵌8位8051处理器，所以使用两片8位FIFO芯片实现USB接口和DSP之间的双向通信。FIFO选用具有1K×9bit内存的IDT72V02。从AN2131Q或者DSP传输的数据首先保存在FIFO中，然后再由DSP或者AN2131Q读走，从而使得数据的传输不会出现堵塞情况，其硬件连接框图如图2所示。
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