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基于TMS320C6713控制的USB數

发布时间:2019-12-08 12:59:57

基于TMS320C6713控制的USB数据存储系统设计

全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)的反射信号(GPS—R)接收机根据海面的反射信号,结合电波对海面、海浪的散射理论,可获得海面平均高度、浪高、海面风力等信息,还可监测和分析高纬地区的冰层厚度、海洋盐度等参数,因此,GPS-R是近十多年来迅速发展的一种空基海洋遥感技术,具有广泛的应用前景在设计GPS-R接收机时,为了减少重量.在机载和星载条件下不允许有显示设备,而高纬地区一20℃的温度会使液晶显示器失效,这些都要求将采集、压缩后的数据存储到U盘或硬盘中,并带回基站进一步处理

Texas Instruments(简称TI)公司的DSP具有高速运算性能,在数据采集与处理、工业控制和语音、图像通信等领域有着广泛的应用通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB)是一种新型接口技术,具有设备自动识别功能,可自动安装驱动程序和配置,可支持不同速率的同步和异步传输方式,且接口体积小巧,可支持热插拔和即插即用等优点,因而得到广泛应用由USB规范可以看到,在USB的拓朴中居于核心地位的是计算机主机,每一次的数据传输都必须由主机控制但是,随着DSP应用领域的日益发展,USB外设的应用范围也随之扩大,因此迫切需要实现DSP对USB的外设控制为此介绍了TMS320C6713的基本特点及USB嵌入式主控制器SL811HS的基本结构和性能,给出USB存储系统的硬件连接图和软件设计方案利用TMS320C6713的外设资源,系统实现与SL8lHS的连接,而且系统稳定性高

2 硬件设计

2.1 主要器件介绍

TMS320C6000系列是TI公司推出的运算能力强的处理器,它采用了VLIW的体系结构及流水线技术,具有两级cache缓存结构,而且运行速度快,精度高TMS320C6713是该系列的32位浮点DSP,其工作主频可达300 MHz,处理速度高达2 400 MI/s,片上共有264 KBx8位存储器,其中含有4 KBx8位L1Pcache,4:KBx8位L1Dcache和256 KBx8位L2RAM/cache:片上外设资源丰富,其中含有两个McBSP、两个McASP、两组:I2C总线、一组GPIO、两个32位通用定时器、一个16位主机接口HPI此外,TMS320C6713还有32位的EMIF总线,分为4个存储空间(CE0~CE3),每个存储空间的寻址范围为256 M字节,可访问8位、16位或32位数据宽度,每个空间均可与SDRAM,SBSRAM及异步外设实现无缝接口

设计中,采用EMIF总线控制SL811HS该器件是Cypress公司推出的遵循USBl.1规范的具有主/从两种工作模式的USB控制器,支持微处理器、微控制器或DSP的USB接口设计,可按DSP的要求自动将数据整合为USB协议数据包传输的数据其特点是:①基于内部集成的全/低速传输引擎(SIE)所产生的USB串行接口功能,可自动检测总线速率.支持全速12 Mb/s和低速1.5 Mb/s设备;②具有8位双向数据总线,能较为简单地与DSP连接片内256字节的SRAM用于数据传输和支持乒乓操作,其中16字节用于工作寄存器;③自动产生SOF和CRC5/16,简化软件工作量;④在完成传输事务或有外部设备接入时中断寄存器触发中断,通过写入中断寄存器可清除中断;⑤为提高电路的稳定性,时钟发生器外接48 MHz晶体振荡器,其工作电源为3.3 V,接口可承受5 V的工作电压,并可与多种器件相连

图1给出SL811HS的原理框图与目前的ARM+内嵌USB、FPGA+操作系统+内嵌USB接口相比,因它是由DSP控制的嵌入式主控制器,可以快速存储数据,能限度地利用DSP的外设资源,适合非PC设备的应用

2.2 系统硬件接口设计

设计中使用TMS320C6713控制SL811HS存储数据图2给出其总体硬件框图其中,电源部分可产生3.3 V和5 V电压:数据采集部分采集数据,然后将数据送至TMS320C6713进行相应的算法处理Flash ROM器件采用SST39IF800A,将初始化、算法和控制程序烧写到ROM内,上电后即可初始化CSL和各寄存器采用HY57V641620HGT一7作为SDRAM,用于暂存经过处理压缩后的数据

图3给出SL811HS与TMS320C6713的硬件连接原理图使用EMIF总线中第2个存储空间CEl,其数据总线低8位EDO~ED7与DO D7相连;EA2与A0相连;读写信号、复位信号及中断信号与TMS320C6713相应的信号位相连,其中SL81lHS外接48 MHz晶体振荡器

图4给出TMS320C6713存储空间分配表由图4可知,存储空间CEl的地址范围是0x 0xA,因此可设定TMS320C6713地址总线经CPLD相关编码后SL811HS的片选地址是0x,HOST USB数据寄存器的存储空间为0x地址寄存器为0x

3 软件设计

软件设计含有初始化和驱动两部分程序前者用于完成芯片支持库(Chip Support Library,简称CSL)提供的标准方法.以访问和控制片上外设设备的初始化、软件变量的初始化及使能中断(总中断、NMI中断)等TMS320C6713控制SL811HS对U盘操作的软件设计分为:①针对SL811HS编写USB主机控制器驱动程序;②系统调用驱动程序,以完成U盘数据读写的应用程序

3.1 USB设备的配置

在设备检测阶段,SL8llHS通过读取中断状态寄存器判断中断类型当中断类型为检测到设备插入时(U盘插入USB插座会产生中断),配置USB设备即U盘同时还需使能SL811HS的1 ms SOF,以便进行数据帧的同步此时,可通过setup结构的数据包(8字节)向USB设备的控制端点O(默认控制端点和默认地址)发送命令

当采用setup数据包配置U盘时,需将U盘的地址写入SL811HS的寄存器4;将数据包的类型和U盘的控制端点写入SL811HS的寄存器3U盘配置过程的主要流程如图5所示在U盘的配置过程完成后,主机与USB设备之间的通信必须使用设置的地址默认地址0不再有效,传输端点则为读取配置描述符中所定义的端点号

3.2 传输流程设计

在与U盘之间传输大量数据时,需要利用描述符提供的In,OUt端点传送数据,并遵循Bulk—Only传输协议.其传输过程一般分为3个阶段

根据USB的协议规范,所有的传输都需由DSP启动.即TMS320C6713首先向设备的OUT端点发送一命令(CBW数据包),请求传输,在数据包中设定下一步的数据传输方向若为设备到TMS320C6713,则当CBW发送成功后,从设备的IN端点读取CBW中规定长度的数据;若为TMS320C6713到设备,则当CBW发送成功后,向设备的0UT端点发送CBW中规定长度的数据

当TMS320C6713与设备之间的数据传输完毕后,TMS320C6713还需从设备的IN端点读取传送状态,然后TMS320C6713根据接收的握手包(ACK,NAK,STALL等)即可判断通信是否正常若返回的结果有错误,还需进行相应的出错处理

U盘数据结构包括DBR(系统引导记录)、FAT表、文件目录表(FDT)当写一新文件时,需在FAT表中查找未使用的簇,并将该簇号写入文件所对应目录数据结构中的起始簇号位置当该文件长度大于一簇时,还需在FAT表中对应的起始簇号位置填入下一可用簇的簇号,直到文件的一簇(FAT表中的相应位置填FFFF)为止若磁盘有备份FAT,还需在备份FAT表的相应位置填入正确的内容

使用U盘的Bulk端点进行数据传输,Bulk传输分为Bulk-In(TMS320C6713向外围设备请求数据)和Bulk-Out(TMS320C6713向外围设备发送数据)先发送令牌包(CBW包),再发送数据包,若发送或接收正确,则返回握手包.一次事务传送成功在事务传送过程中,DATAO和DATAl是交替使用的图6给出一般传输流程

3.3 系统速度分析

块传输适合传输大量且对传输时间和传输速率均无要求的数据当USB总线带宽紧张时,它会为其他传输类型让出所占用的帧/小帧时间,而其本身将被延迟,这时传输速率很低,占用的传输时间也很长;当USB总线空闲时,它能以很快的速度传输,其传输时间也很短所以块传输可发送大量的数据而不会堵塞USB总线,但其传输时间和传输速率却得不到保证另外,影响传输速度的因素很多,如指令读取时间、执行时间,主机响应时间及数据传输时间等,但因采用了功能强大的DSP,其频率配置为200 MHz因此,能大大提高指令读取执行和主机的相应时间对存储速度进行了仿真测试,其结果表明基本达到了设计要求

4 结语

使用USB主机接口控制器SL811HS实现了对U盘的读写,大大降低了系统硬件设计的复杂度和系统调试的难度同时提高了系统的集成度和稳定性,减小了系统的体积和功耗若采用诸如FIFO类提高传输速度的措施.可为数据采集系统存储大容量数据提供一种通用、方便和可靠的解决方案若采用支持USB2.0协议的器件,可大大提高传输速度.为数据分析提供有利手段在野外采集数据时该技术能尽量存储所需的信息,因此它的应用前景十分看好

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