USB equipment firmware procedure development based on DSP
摘要：本文介紹了一種采用TMS320VC5509A自帶的USB模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨�，�?duì)該DSP內(nèi)部的USBCSL）來(lái)實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備固件程序的設(shè)計(jì)，并給出了相關(guān)的部分代碼。該方案大大降低了系統(tǒng)硬件模塊的構(gòu)造及其傳輸原理做了分析，詳細(xì)的介紹了如何利用CCS內(nèi)部集成的片級(jí)支持庫(kù)（設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和調(diào)試的難度，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性，適用于便攜式設(shè)備中。
關(guān)鍵詞：TMS320VC5509A；CSL；DSP；USB；固件程序
Abstract: This article introduced a method to realize USB data transmission using the TMS320VC5509A’s own USB module , analyzed the DSP’s interior USB module’s structure and its transmission principle, how to realize the USB firmware procedure design using chip support library which is integrated in CCS has been introduced in detail, and the related partial codes has been given. This method greatly reduced the complexity of the system’s hardware design and the debugging difficulty, it enhanced the system integration rate and the stability, using in the portable equipment is suitable.
KeyWords: TMS320VC5509A；CSL；DSP；USB；Firmware
1．引言
通用串行總線（USB）是一種高傳輸速率的串行接口總線，由于它具有即插即用、易于擴(kuò)展、傳輸速率高、連接簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)外設(shè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字設(shè)備以及工業(yè)控制等領(lǐng)域中。選取合適的USB控制芯片是USB數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，目前常采用USB控制芯片有兩類，一類是不帶MCU的控制芯片，如PDIUSBD12；而另一類是帶MCU的，如EZ—USB系列等。這兩類專用的控制芯片都需要通過(guò)芯片所提供的接口來(lái)與系統(tǒng)處理器進(jìn)行通信，而本文介紹的USB接口方案沒(méi)有采用專用的USB控制芯片，而是采用DSP芯片TMS320VC5509A內(nèi)部集成的USB模塊來(lái)完成USB通信，使系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試難度都大大降低，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。
2．USB接口設(shè)計(jì)
2．1 TMS320VC5509A簡(jiǎn)介
TMS320VC5509A是TI推出的高性能、低功耗的定點(diǎn)DSP處理器，CPU頻率最高可以運(yùn)行在200MHz（內(nèi)核電壓工作在1.6v），每個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行一到兩條指令，有兩個(gè)算術(shù)邏輯單元（ALU），兩個(gè)硬件乘法器，是一款具有較高性價(jià)比、高集成度、低功耗的DSP芯片，適用于便攜式設(shè)備中。TMS320VC5509A集成了128K 16Bits RAM、32K 16Bits的ROM，且?guī)в蠩MIF接口, 可實(shí)現(xiàn)與多種存儲(chǔ)器之間的無(wú)縫連接。片內(nèi)還有豐富的外設(shè)：2個(gè)20位的定時(shí)器；3個(gè)多通道緩沖串口（McBSP）；USB全速接口（12Mbps）；I2C接口；實(shí)時(shí)時(shí)鐘等[1]。
2．2 TMS320VC5509A的USB模塊介紹
TMS320VC5509A自帶的USB模塊支持USB1.1協(xié)議全速標(biāo)準(zhǔn)，該USB模塊有兩個(gè)控制端點(diǎn)（僅用于控制傳輸）和14個(gè)通用端點(diǎn)，通用端點(diǎn)支持中斷、批量和同步傳輸。DSP的USB模塊由串行接口引擎（SIE）、USB緩沖管理單元（UBM）、緩沖器RAM、USB的DMA控制器和緩沖器RAM仲裁器組成。DSP存儲(chǔ)器與USB主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸模型如圖(1)所示：在IN事務(wù)中，CPU或USB的DMA控制器將準(zhǔn)備發(fā)送到主機(jī)的數(shù)據(jù)放到緩沖器RAM中，等待USB緩沖管理單元將數(shù)據(jù)取出后送到串行接口引擎（SIE），由SIE負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送；在OUT事務(wù)中，SIE接收到由主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后送到UBM，再送入到緩沖器RAM中，等待CPU或USB的DMA控制器將數(shù)據(jù)取出后送到DSP的存儲(chǔ)器中。
2．3 USB 模塊的時(shí)鐘發(fā)生器：
USB模塊有專門(mén)的時(shí)鐘發(fā)生器，獨(dú)立于CPU的時(shí)鐘發(fā)生器，如圖（2）所示，由DSP時(shí)鐘發(fā)生器輸出的時(shí)鐘送入到CPU和其他外設(shè)（不包括USB模塊），而USB模塊的時(shí)鐘由單獨(dú)的時(shí)鐘發(fā)生器為它提供。USB模塊的時(shí)鐘可選擇用模擬鎖相環(huán)（APLL）或數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）來(lái)產(chǎn)生[3]。模擬鎖相環(huán)與數(shù)字鎖相環(huán)相比有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，TI推薦使用模擬鎖相環(huán)來(lái)產(chǎn)生USB模塊的時(shí)鐘。提供給USB模塊的時(shí)鐘必須設(shè)置為48MHz。
2．4 USB接口硬件設(shè)計(jì)
如圖（3）所示，DP、DN和PU端口接到5509A的USB模塊端口引腳上，DSP的DP、DN端口以差分方式傳送數(shù)據(jù)，PU端口通過(guò)1.5k的上拉電阻接到USB總線的D+端，DSP可以通過(guò)編程來(lái)控制PU端口，從而控制設(shè)備與USB總線的連接與斷開(kāi)。主機(jī)USB接口提供的電源經(jīng)電阻分壓后送入DSP，供DSP檢測(cè)是否與主機(jī)的USB接口連接上。
圖（3）USB接口硬件連接圖
3．USB設(shè)備固件程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
USB驅(qū)動(dòng)程序主要包括兩個(gè)部分：設(shè)備固件程序和主機(jī)端的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)備固件程序是指運(yùn)行在設(shè)備端CPU中的程序,它主要完成USB協(xié)議的處理及設(shè)備與主機(jī)的數(shù)據(jù)交換, 設(shè)備固件程序設(shè)計(jì)是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，本文主要介紹設(shè)備固件程序的編寫(xiě)。
3．1 DSP 的CSL編程
在DSP系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，一般會(huì)大量涉及到對(duì)片上外設(shè)的操作，而這往往要消耗過(guò)多的時(shí)間和精力。TI為5000系列和6000系列的DSP提供了各自的片級(jí)支持庫(kù)CSL（chip support library），CSL庫(kù)函數(shù)主要用于配置和控制DSP片上外設(shè)，使片上外設(shè)更容易使用，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，增加可移植性。用CSL來(lái)配置和管理DSP的USB模塊可以使USB固件程序的開(kāi)發(fā)變得更加方便和快捷。CSL已集成到CCS中，我們可利用CCS提供的圖形用戶接口（GUI）來(lái)對(duì)USB模塊進(jìn)行相應(yīng)的初始化配置，或者直接調(diào)用CSL庫(kù)函數(shù)來(lái)配置。
3．2 USB設(shè)備枚舉過(guò)程
當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到有設(shè)備連接到USB總線時(shí)，主機(jī)要向USB設(shè)備發(fā)出一系列的設(shè)備請(qǐng)求，獲取USB設(shè)備的一些屬性，如設(shè)備支持的最大傳輸速率、設(shè)備接口特性、設(shè)備端點(diǎn)個(gè)數(shù)以及每個(gè)端點(diǎn)支持的傳輸方式等。接著主機(jī)為USB設(shè)備分配一個(gè)唯一的設(shè)備地址，然后USB設(shè)備才可以正常使用，這個(gè)過(guò)程叫做枚舉[4]。USB設(shè)備的枚舉過(guò)程分以下幾步：
1． USB設(shè)備加電，并連接上USB總線。
2． 主機(jī)檢測(cè)到USB設(shè)備，總線復(fù)位，集線器發(fā)送復(fù)位信號(hào)并維持至少10毫秒。
3． 復(fù)位完成，USB設(shè)備處于缺省狀態(tài)，此時(shí)設(shè)備將以缺省地址0響應(yīng)主機(jī)請(qǐng)求
4． 主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，從缺省地址0讀取USB設(shè)備的設(shè)備描述符。
5． 主機(jī)為該USB設(shè)備分配一個(gè)新的設(shè)備地址。
6． 主機(jī)從新的設(shè)備地址再次讀取USB設(shè)備的設(shè)備描述符。
7． 主機(jī)讀取設(shè)備的配置，包括配置描述符、該配置的所有接口描述符、接口的所有端點(diǎn)描述符以及字符串描述符號(hào)。
8． 主機(jī)加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，USB枚舉過(guò)程結(jié)束，USB設(shè)備可以正常使用了。
