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USB2.0控制器CY7C68013的接口设计实

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

 摘要:介绍了一种基于USB2.0控制器CY7C68130的USB-ATA接口,将普通硬盘转化为USB Mass -Storage的解决方案,文中给出了利用GPIF实现该方案的相关设计方法。

    关键词:USB2.0 ATA接口 CY7C68130 GPIF

1 引言

USB(Universal Serial Bus)接口以其速度快、功耗低、支持即插即用(Plug & Play)、使用安装方便等优点而得到了广泛的应用。目前USB2.0标准的传输速度已达480Mb/s,这使得USB可以推广到硬盘、信息家电网络产品和其它快速外设。在某些应用场合,如基于硬盘的大容量数据采集与分析系统中,为了使用方便,需要将普通硬盘转化成海量存储器,这样在使用时就不需关机重启或打开机箱来安装。本文介绍一种利用带USB接口的单片机芯片CY7C68013来控制普通硬盘的读写,从而半普通硬盘转化为USB2.0海量存储器的可行方案,本系统可扩展,完全可用于实现基于硬盘的大容量数据采集与分析系统。

2 硬件设计

2.1 USB接口芯片

本设计选用的是Cypress公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C68013,这是一种带USB接口的单片机芯片,虽然采用低价的8051单片机,但仍然能获得很高的速度。它包括一个8051处理器、一个串行接口引擎(SIE)、一个USB收发器、一个8.5kB片上RAM、一个4 kB FIFO存储器及一个通用可编程接口(GPIF)。FX2可提供全面集成的解决方案。它有56SSOP、100TQFP、128TQFP三种封装,本设计选用占用电路板空间较少的56SSOP封装。如果要进行扩展,也可选用128TQFP封装。
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    2.2 ATA接口

ATA接口是在ST506的基础上改进而成的,它将控制器集成到驱动器中,采用8个端口寄存器(即命令寄存器)来完成对硬盘的读写,ATA有两种工作模式:PIO模式和DMA模式。本设计采用的DMA传输模式不需要处理器参与整个数据传输过程,而是由I/O口直接将数据传送到存储器中,从而节约大量的CPU时间以更好的处理其它事件。控制器对硬盘的操作分为两种:8位数据的命令操作和16位数据的数据传输操作。在对硬盘输出控制命令之前,程序需对端口完整输出7字节的命令块。其中前六个端口为参数,最后一个端口为命令码。读写操据端口一般以512字节作为数据块进行。硬盘执行命令后发出中断请求以表示操作结束(结束传输),也可以置控制器状态为空闲,以表示扇区请求传输(数据传输)。最后,由控制器读取硬盘状态寄存器,以检测硬盘操作的成功与否。如操作正常,则进行下一次动作;否则进入错误处理程序。

2.3 GPIF与ATA接口

FX2芯片的最主要特点是可通过USB2.0的通用可编程接口(GPIF)为特定的应用接口编程,以便使用多种协议完成与外围器件的无缝连接,如EIDE/ATAPI,IEEE1284,Utopia等。其编程可以根据需要进行,且其中不需要CPU的干预,只是通过一些CPU标志和中断即可与增强型8051内核进行通讯。系统结构框图如图1所示。

本设计采用“GPIF主控”接口模式,并使用PORTB和PORTD双向FIFO数据线来构成通向四个FX2端点FIFO(EP2、EP4、EP6、EP8)的16位数据接口,以用来连接数据线DD[15:0]并进行数据的传送;GPIF作为内部主控器与FIFO相连,并通过产生用户可编程的控制主控器与FIFO相连,并通过产生用户可编程的控制信号CTL[2:0]与外部接口进行通信。同时,GPIF还可以通过RDY[1:0]引脚采用外部信号并等待外部事件。由于GPIF的运算速度比FIFO快得多,因此其时序信号具有很好的编程分辨率。

FX2用4个波形描述符来控制各个状态。这些波形描述符可动态的配置给任何一个端点FIFO。配置后,GPIF将依据波形描述符产生相应的控制逻辑CTL及握手信号RDY来和外界接口,以满足向FIFO读写数据的需要。GPIF的数据总线可以是8位FD[7:0],也可以是16位FD[15:0],本设计采用16位数据总线。其硬盘读数据控制波形如图2所示。

每个波形描述符包含了S0~S6七个有效状态和一个空闲状态。在每个有铲状态对应的时间段里,经过预先设置,GPIF可以做出以下几件事件;驱动(使高或低)或浮接CTL输出、采样或驱动FIFO的数据总线、增加GPIF地址总线的值、增加指向当前FIFO指针的值和启动GPIFWF(G

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