dsp主要應用于實時和大數(shù)據(jù)量的信號處理系統(tǒng)，當它與主機進行通信時，數(shù)據(jù)交換速度和接口的復雜度是系統(tǒng)的一個關鍵性能指標，因此迫切需要一種能滿足高速、簡潔要求的通信方式，通用串行總線usb以其高速和內(nèi)置電源兩個特性，對提高設備的性能、降低成本和系統(tǒng)小型化具有很大的實際意義，本系統(tǒng)采用高速dsp（tms320c6713），配合嵌入usb2.0協(xié)議的芯片cy7c68013，實現(xiàn)小規(guī)模主從式系統(tǒng)中主機與dsp間的高速通信。經(jīng)實際驗證，系統(tǒng)運行可靠，是一種比較好的高速數(shù)據(jù)傳輸與處理的解決方案。

1 usb控制芯片

cypress公司的ez－usb fx2系列芯片是最早符合usb2.0協(xié)議的微控制器之一。它集成了收發(fā)器（transceiver）、串行接口引擎（sie），增強型的8051內(nèi)核以及可編程的外圍接口（gpif），fx2系列芯片獨特的結構使數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達到56mbps，最大程度地滿足了usb2.0的帶寬。

cy7c68013的結構框圖如圖1所示。

fx2的端點緩沖區(qū)分為大小兩組：ep0、ep1（in）、ep1（out）是小端點，大小為64字節(jié)，只能由cpu來存取，不能由外部邏輯連接；ep2、ep4、ep6、ep8是大的可配置的端點，ep2和ep4默認為out端點，ep6和ep8默認為in端點。fx2為其大端點提供多種緩沖方式，滿足了傳輸中高帶寬的要求，傳輸過程中ez－usb fx2從in緩沖區(qū)中讀取上傳到主機的數(shù)據(jù)，在out緩沖區(qū)中寫入供外部處理器讀取的數(shù)據(jù)。它具備全速（12mbps）和高速（480mbps）兩種傳輸速率，并具有usb協(xié)議所規(guī)定的4種傳輸模式，即控制傳輸（control mode）、中斷傳輸（interrupt mode）、塊傳輸（bulk mode）和等時傳輸（isochronous mode）。

2 系統(tǒng)硬件構架

2.1 usb與dsp的硬件連接

系統(tǒng)中選用的數(shù)字信號處理器是ti公司發(fā)布的c6000浮點系列中的tms320c6713，其峰值處理速度能達到1350mflops（百萬次浮點操作/s）。外設資源包括直接存儲器訪問控制器（dma），外部存儲器接口（emif）、串行口、擴展總線或主機口、定時器等。系統(tǒng)中利用其emif口，連接可編程邏輯芯片cpld來擴展usb控制接口。cy7c68013能非常靈活地實現(xiàn)與dsp或mcu的接口。當其作為主設備時，通用可編程接口（gpif）具有可編程的波形描述符和配置寄存器，能夠輕易地兼容絕大多數(shù)總線標準，當其作為從設備時，4kb的大容量fifo用于數(shù)據(jù)緩沖，簡化了接口的外部硬件設計，可采用同步或異步方式與主設備（如asic，dsp等）連接。

在本方案中，使其作為從設備，選用了slave fifos，異步讀/寫，在這種模式下，dsp可以像讀/寫普通fifo一樣對cy7c68013內(nèi)部的多層緩沖fifo進行讀/寫。主要信號連接如圖2所示。主機（pc）發(fā)出命令的同時也由pa3提供中斷觸發(fā)信號給dsp的外部中斷引腳6（ext_int6）。其上升沿被檢測到以后，dsp就進入相應中斷服務程序，開始處理usb的傳輸，dsp通過cpld對cy7c68013進行讀寫及使能控制，“或”組合邏輯滿足嚴格的時序要求，flagb和flagc是cy7c68013內(nèi)部fifo的空、滿狀態(tài)標志，pa[0：1]表示pc發(fā)送的命令類型。這些信息在cpld內(nèi)部整合到數(shù)據(jù)總線ed[0：15]，dsp開始傳輸數(shù)據(jù)包前對其提取判斷，tms320c6713對cy7c68013內(nèi)部端點（ep）的選擇，是通過地址線tea[2：3]來實現(xiàn)。

2.2 系統(tǒng)總體結構設計

根據(jù)上述硬件通信模式搭建基于pc、usb、dsp的主從式系統(tǒng)，當系統(tǒng)上電完成各模塊固件配置和硬件初始化后，可由pc發(fā)出控制命令，以外部信號觸發(fā)dsp進入相應的中斷處理程序，自動完成數(shù)據(jù)流usb下載、dsb處理和usb回傳的多次循環(huán)過程；pc顯示處理后的結果。系統(tǒng)總體結構框圖如圖3所示。

dsp芯片通過片中的emif（包括4個存儲空間ce[0：3]）為sdram，flash等器件提供接口。sdram為同步存儲器件，emif有專門的控制線和時鐘與它進行無縫連接（ce0空間）。這里sdram用做數(shù)據(jù)存儲器。

對于c6000系列dsp，調(diào)試好的應用程序需要固化，以便系統(tǒng)上電時能自動加載運行。方案中采用flash啟動引導模式，位于emif異步接口ce1空間。

復位電路提供系統(tǒng)上電和工作電壓異常時的自動復位及人工控制復位。時鐘電路為dsp處理模塊提供時鐘信號。

usb的接口電路提供pc與dsp的高速數(shù)據(jù)傳輸通道，接口芯片通過cpld與外部處理器dsp相連，置于emif的ce2空間（通信模式如前所述）。

3 通信模塊軟件設計

cypress公司為了簡化和加速用戶使用ez－usb fx2芯片進行usb外設的開發(fā)過程，特別設計了cy7c68013的開發(fā)板，并帶有一個開發(fā)包，內(nèi)含一個usb外設所必需的驅(qū)動程序、應用程序以及一個完整的固件程序的框架，這個框架可以執(zhí)行ez－usb芯片的初始化，usb標準設備請求的處理和usb掛起電源管理服務；用戶只需要提供一個usb描述符表，添加其他端點接受和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信代碼，以及控制外圍電路的程序代碼即可。

3.1 cy7c68013的固件程序規(guī)劃

固件程序框架通過幾個不同的功能模塊，實現(xiàn)了一個簡單的互操作任務執(zhí)行器，首先，通過調(diào)用用戶的初始化函數(shù)td_init（），初始化所有內(nèi)部狀態(tài)變量，之后，程序框架將usb口初始化為未配置狀態(tài)，并且使能中斷，以1s為時間間隔開始重新列舉（renumerate）設備，直到端點0收到設置包為止，一旦檢測端點0受多一個設置包，固件框架程序就啟動執(zhí)行一個互操作的任務分配器，按照給定的順序重復執(zhí)行下面的任務：調(diào)用函數(shù)td_poll（），判斷是否有標準設備請求等待處理，確定usb核是否報告了usb掛起事件。

主要固件配置如下：

1）配置異步從fifo（asynchronous slave fifo）模式，接口驅(qū)動采用內(nèi)部的48m赫茲的時鐘源。

2）endpoint4和endpoint8作為雙向傳輸?shù)墓艿?，分別對應緩沖fifo4和fifo8存放usb需要接收與下傳的數(shù)據(jù)，它們均采用批量（bulk）傳輸方式，相對于其他usb2.0定義的傳輸方式具有數(shù)據(jù)可靠、傳輸速率高等特點，是最常用的傳輸方式。

3）設置fifo4、fifo8為自動方式，即在數(shù)據(jù)傳輸過程中無需cy7c68013的8051內(nèi)核參與，以保證持續(xù)、高速、有效的數(shù)據(jù)傳輸。

ez－usb fx2芯片定義了幾個特殊寄存器，以輔助固件程序相應設備請求，并向主機傳送數(shù)據(jù)，當設備收到設置包時，usb核會自動將設置數(shù)據(jù)放入8字節(jié)的setupbuf緩沖區(qū)中，用戶只須從中讀取設置數(shù)據(jù)，進行分析來判斷請求的類型即可。

方案中部分設備請求代碼如下：

讀取緩沖區(qū)中第2字節(jié)由pa[0：1]發(fā)送至dsp，作為命令類型標志（00為下傳，01為上傳，10為處理）；同時pa3口提供外部中斷觸發(fā)信號的上升沿。

固件就緒后通過cypress公司提供的工具control panel加載至eeprom中，當需要修改固件時，就可以在不改動硬件的情況下將主機上修改好的固件重新下載一次。

3.2 上位機流程

主機應用程序與操作系統(tǒng)相互作用，利用pc豐富的資源，實現(xiàn)顯示驗證，提高系統(tǒng)的可操作性，當操作系統(tǒng)認為有新設備接入時，就會自動調(diào)用相應的設備驅(qū)動。另外，該軟件需要一個圖形用戶界面來控制所用的函數(shù)，這里采用vc＋＋6.0來編制應用程序，首先調(diào)用createfile（）打開usb接口設備，獲得設備的句柄hdevice，然后計算機通過調(diào)用deviceiocontrol（）函數(shù)向外設發(fā)出。部分程序如下：

myrequest的8個成員變量對應固件配置setupbuf緩沖區(qū)中8字節(jié)的（setupdat）數(shù)據(jù)，其中value的值表示了主機向dsp發(fā)送的命令類型（00/01/10），使dsp配合完成接收，處理及上傳的系統(tǒng)過程。

每次調(diào)用deviceiocontrol函數(shù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量僅為1kb。為了滿足大數(shù)據(jù)量或者整幀圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，需要循環(huán)調(diào)用deviceiocontrol（）函數(shù)，以下載數(shù)據(jù)流的過程為例，循環(huán)體中的代碼如下：

buffer是主機發(fā)出數(shù)據(jù)塊的頭指針；pby為每次下傳數(shù)據(jù)塊的首地址，是隨著循環(huán)變量i遞增的值。同樣，上傳數(shù)據(jù)的過程中也有類似的存儲操作。

4 系統(tǒng)測試

利用圖像序列對此主從式聯(lián)機系統(tǒng)進行測試。

觸發(fā)pc機上的界面控件（pa（0：1）＝00），下載10幅經(jīng)不同程序噪聲污染的同一內(nèi)容的圖像，dsp檢測到通用外部中斷口ext_int6的信號（對應usb芯片的pa3）讀入數(shù)據(jù)讀取命令類型，將10幀圖像數(shù)據(jù)存入sdram空間，之后，上位機繼續(xù)發(fā)出處理命令，dsp檢測到pa[0：1]＝10對存儲的多幀圖像數(shù)據(jù)進行累加平均，從而提高圖像的信噪比，在收到上傳命令（pa[0：1]＝01）時，dsp將處理完成的圖像回送至pc機顯示。

結語

本文詳細介紹了通過tms32c6713的emif擴展usb接口的硬件連接、usb2.0固件程序和應用程序的開發(fā)以及基于這種通信模式的小型聯(lián)機系統(tǒng)的構成。經(jīng)實際驗證，系統(tǒng)運行可靠，是一種比較好的高速數(shù)據(jù)傳輸與處理的解決方案。