基于DSP的USB2.0接口技术研究
日期：2008-5-11 22:47:37 来源：《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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1 引言
随着计算机在各个领域的广泛应用和对系统通信传输速度的进一步提高，计算机原有的软硬件资源已经不能满足要求，使计算机的进一步发展受到制约。1998年，usb（通用串行总线）接口的出现解决了这个问题。usb接口传输速度快、成本低、连接方便，一经推出便得到了广泛关注并迅速发展。在短短几年时间里，usb就成为主流计算机的标准配置。
2 usb协议概述
2.1 usb性能特点及应用
usb总线接口作为外设的通用接口，有原pc机接口无法比拟的优势。
（1）传输速度快，usb1.1总线协议规定的最高传输速度为12mb/s，比一般的pc机外置端口都快。而在usb2.0总线协议里，定义的最高传输速度已经达到了480mb/s，可以满足包括视频设备在内的多种外部设备数据传输的需要。
（2）支持热插拔，而且是真正的即插即用设备。无论在pc机开机工作或不开机的情况下，都能任意插拔，而不会对硬件产生任何损坏。
（3）支持双向、同步传输，能够保证某些需要连续数据流的设备需要，譬如音频设备等。
（4）usb总线可以提供最多500ma的电源，对于一般的小型外设可以通过总线供电，不需要外部电源。
（5）硬件结构相对简单，外围设备接口设计容易，是一种高性价比的接口。
（6）目前主流的操作系统和绝大多数的pc机都支持usb总线。windows98以后的版本都对 usb总线有良好的支持，每台pc机一般都有1～4个不等的usb接口。
2.2 usb的应用范围
usb的对象最初瞄准的是诸如调制解调器、扫描仪、键盘、个人数字助理（pda）、鼠标、操纵杆等这样的低速设备。通过不断的发展，usb已能胜任更高速度的数据传输，因此适用的范围也逐步扩大到了如外置大容量存储器、数码相机、视频系统等这样需要大量传输数据的外部设备当中去。表1给出了相应传输速率及其应用范围。
3 usb2.0 接口电路设计
3.1 tms320f2812dsp 芯片
tms320c28x是ti新推出的tms320c2000系列中的高端dsp系列，具有32位的寻址能力和运算能力。tms320f2812是该系列中性价比较高的一款dsp芯片，具有运行速度快、外设集成度高、存储空间大、a/d转换速度快、转换精度高等特点，它为工业控制尤其是电机数字化控制提供了一种低成本、高性能的解决方案。其结构框图如图1所示，其特点如下：
图1 tms320f2812 结构框图
（1）高性能cpu。150mips的指令执行速度；单周期完成32×32位的乘法器（或者双16×16 位）；快速中断响应；单指令周期的读写操作；与f24x/lf240x源码兼容。
（2）存储器访问子系统。无论是在ram还是在flash 中，程序都能以非常高的速度运行；100-120mips的flash访问技术；150mips 的外部ram访问速度
（3）控制端口。事件管理器：a、b双事件管理器；高速 12 位的模数转换器；12.5msps的转换速度；双采样/保持实现两路同步采样；自动排序，最多支持16个采样通道。
（4）通信端口。多通道缓冲串口(mcbsp)；can2.0b总线接口；sci口；spi口。
3.2 usb2.0接口电路设计
目前市场上的usb总线接口控制芯片很多，按功能分主要有内置微控制器和不内置微控制器两种。内置微控制器的usb总线控制芯片一般具有固件程序易升级、易调试的优点。但由于目前内置的微控制器处理能力有限，限制了传输速度的提高，在一定程度上造成资源浪费。不含微控制器的usb总线接口控制芯片价格相对便宜，使用更加灵活。因为可以自主选择微处理器或控制器，所以在嵌入式系统中能够直接使用系统本身的主处理器或从处理器，而且能够根据系统传输速度的需要选择不同速度的微处理器或控制器。
在以tms320f2812dsp为核心的嵌入式系统中，因为处理器的速度快（主频可达150mhz），处理的数据量大，所以使用usb1.1及其它内嵌微处理器的总线控制器已经不能满足数据吞吐率的要求。在本接口设计中，选用的是philips公司生产的不含微控制器的usb2.0总线接口控制芯片isp1581。
（1）接口电路设计。f2812与isp1581的接口选用通用处理器模式，硬件连接框图见图2。
图2 tms320f2812 与 isp1581 硬件接口框图
f2812外部存储器接口使用16位数据线，isp1581也可以配置为16位数据线的通用处理器连接模式，故可以直接连接。isp1581只有85个寄存器单元，使用8位地址线，可以直接与f2812地址线的低8位连接，使用/cs0片选空间。因为isp1581相对f2812来说是低速设备，所以在应用中使用了ready接口信号。
f2812具有丰富的i/o口资源，所以与isp1581的控制信号接口十分方便。在设计中，选择了f2812的gpiof7来产生isp1581的复位信号，在需要使isp1581复位时产生一个宽度为500us以上的低电平脉冲。选择了gpiof0和gpiof9来控制eot和wakeup，执行相应的功能。
（2）isp1581寄存器访问方法。isp1581所有寄存器是基于存储器结构的，使用f2812的xintf接口访问起来非常方便，设计时由f2812为isp1581单独提供一个片选（/cs0）空间，所以访问时直接选中相应的地址空间即可。isp1581地址空间定义方法如下：
typedef struct d14_cntrl_reg
{
unsigned char d14_address; //address:00h size:1 byte
unsigned char dummy_01; //保留
unsigned char dummy_02; //保留
unsigned char dummy_03; //保留
unsigned char d14_endpt_
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1 引言
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随着计算机在各个领域的广泛应用和对系统通信传输速度的进一步提高，计算机原有的软硬件资源已经不能满足要求，使计算机的进一步发展受到制约。1998年，usb（通用串行总线）接口的出现解决了这个问题。usb接口传输速度快、成本低、连接方便，一经推出便得到了广泛关注并迅速发展。在短短几年时间里，usb就成为主流计算机的标准配置。
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2 usb协议概述
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2.1 usb性能特点及应用
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usb总线接口作为外设的通用接口，有原pc机接口无法比拟的优势。
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（1）传输速度快，usb1.1总线协议规定的最高传输速度为12mb/s，比一般的pc机外置端口都快。而在usb2.0总线协议里，定义的最高传输速度已经达到了480mb/s，可以满足包括视频设备在内的多种外部设备数据传输的需要。
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（3）支持双向、同步传输，能够保证某些需要连续数据流的设备需要，譬如音频设备等。
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（5）硬件结构相对简单，外围设备接口设计容易，是一种高性价比的接口。
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（6）目前主流的操作系统和绝大多数的pc机都支持usb总线。windows98以后的版本都对 usb总线有良好的支持，每台pc机一般都有1～4个不等的usb接口。
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3.1 tms320f2812dsp 芯片
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tms320c28x是ti新推出的tms320c2000系列中的高端dsp系列，具有32位的寻址能力和运算能力。tms320f2812是该系列中性价比较高的一款dsp芯片，具有运行速度快、外设集成度高、存储空间大、a/d转换速度快、转换精度高等特点，它为工业控制尤其是电机数字化控制提供了一种低成本、高性能的解决方案。其结构框图如图1所示，其特点如下：
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图1 tms320f2812 结构框图
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（2）存储器访问子系统。无论是在ram还是在flash 中，程序都能以非常高的速度运行；100-120mips的flash访问技术；150mips 的外部ram访问速度
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（3）控制端口。事件管理器：a、b双事件管理器；高速 12 位的模数转换器；12.5msps的转换速度；双采样/保持实现两路同步采样；自动排序，最多支持16个采样通道。
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（4）通信端口。多通道缓冲串口(mcbsp)；can2.0b总线接口；sci口；spi口。
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目前市场上的usb总线接口控制芯片很多，按功能分主要有内置微控制器和不内置微控制器两种。内置微控制器的usb总线控制芯片一般具有固件程序易升级、易调试的优点。但由于目前内置的微控制器处理能力有限，限制了传输速度的提高，在一定程度上造成资源浪费。不含微控制器的usb总线接口控制芯片价格相对便宜，使用更加灵活。因为可以自主选择微处理器或控制器，所以在嵌入式系统中能够直接使用系统本身的主处理器或从处理器，而且能够根据系统传输速度的需要选择不同速度的微处理器或控制器。
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在以tms320f2812dsp为核心的嵌入式系统中，因为处理器的速度快（主频可达150mhz），处理的数据量大，所以使用usb1.1及其它内嵌微处理器的总线控制器已经不能满足数据吞吐率的要求。在本接口设计中，选用的是philips公司生产的不含微控制器的usb2.0总线接口控制芯片isp1581。
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（1）接口电路设计。f2812与isp1581的接口选用通用处理器模式，硬件连接框图见图2。
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图2 tms320f2812 与 isp1581 硬件接口框图
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f2812外部存储器接口使用16位数据线，isp1581也可以配置为16位数据线的通用处理器连接模式，故可以直接连接。isp1581只有85个寄存器单元，使用8位地址线，可以直接与f2812地址线的低8位连接，使用/cs0片选空间。因为isp1581相对f2812来说是低速设备，所以在应用中使用了ready接口信号。
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f2812具有丰富的i/o口资源，所以与isp1581的控制信号接口十分方便。在设计中，选择了f2812的gpiof7来产生isp1581的复位信号，在需要使isp1581复位时产生一个宽度为500us以上的低电平脉冲。选择了gpiof0和gpiof9来控制eot和wakeup，执行相应的功能。
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（2）isp1581寄存器访问方法。isp1581所有寄存器是基于存储器结构的，使用f2812的xintf接口访问起来非常方便，设计时由f2812为isp1581单独提供一个片选（/cs0）空间，所以访问时直接选中相应的地址空间即可。isp1581地址空间定义方法如下：
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typedef struct d14_cntrl_reg
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{
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