深度解讀基于USB接口VSAT基帶數據采集系統設計

CPLD控制采集外部數據的時鐘可同時作為CY7C68013的從FIFO模式的讀寫控制時鐘，即CY7C68013的接口時鐘連接到IFCLK引腳，FLAGA-FLAGD為FIFO標志引腳，用于映射FIFO的當前狀態，SLWR/SLRD是CY7C68013從FIFO的寫使能/讀允許信號，CPLD向CY7C68013從FIFO提供從FIFO輸出允許信號SLOE，僅在數據輸出時有效，FD[15：0]為16位雙向數據總線。FIFOADR[1：0]為端點FIFO選擇信號。

3 軟件設計

本系統軟件設計部分包括固件、驅動程序和應用程序的設計。

3.1 USB設備固件程序設計

固件程序是指運行在設備CPU中的程序，是整個程序設備的核心，可采用匯編語言和C語言設計，CyPress為用戶提供了一個固件程序框架，幫助用戶完成相當一部分USB協議相關的工作，用戶只需根據外設功能的具體要求，在相應的函數中填寫函數體。Cypress提供的這一框架程序簡化了用戶的固件程序設計。

本系統固件開發所使用的編程語言為德國Keil公司的C51編譯器，集成開發環境為μVision2，該固件共包含以下5個文件：

1)ez-usb.lib

是EZ USB函數庫對象程序代碼。

2)usbjmptb.obj

定義了FX2中INT2和INT4的中斷跳轉表。

3)dscr.a51

包含描述符的表數據，包括設備描述符、設置描述符、接口描述符、端點描述符和字串描述符等，用來定義設備的ID號、端點的設置特性，主機就是通過讀取設備的描述符來獲取USB外設的功能特性，從而給設備加載相應的驅動程序并配置設備。

4)fw.c

是固件運行的主程序文件，負責處理主機發出的各種USB設備請求，該程序首先初始化所有的內部狀態變量，然后調用TD_Init函數進行初始化，并打開中斷。之后，固件程序開始列舉USB設備，直至在端點0上接收到SETUP令牌包時為止。一旦接收到STUP令牌，其將重復執行下面的任務分配過程：調用用戶函數TD_Poll，以完成用戶指定的任務;檢測是否有USB設備請求(SETUP令牌)如果有，則執行指令并作出相應的操作，如果沒有，則繼續向下執行，檢測USB核是否有USB掛起實踐，如果有USB掛起事件，則調用用戶程序TD_Suspend，交由用戶處理;當TD_Suspend返回為真時，USB核檢測是否重新開始事件，如果沒有USB掛起事件，則使處理器處于掛起狀態，當檢測有重新開始的事件，USB核調用用戶程序TD_Resume，并繼續執行本步驟，當TD_Suspend返回為假時，則繼續執行本步驟。

5)periph.c

包含各種用戶功能函數(如TD_Init、TD_Poll等)及其INT2中斷服務子程序的定義，它實現了本系統的主要功能。

在本系統中，把端點2配置為批量傳輸、IN方向，封包大小為512字節，每微幀包含2個封包，數據傳輸速率為64Mbit/s為就可滿足實際需要，終端0作為默認的控制傳輸管道來處理USB事件。

3.2 驅動程序設計

FX2的設備驅動程序有兩種：一種用來在設備接入時從主機下載固件到RAM中，稱為固件下載驅動程序(ezloader.sys);另一種是在設備重新列舉后加載的設備驅動程序(ezusb.sys)。應用軟件通過該設備驅動程序與FX2通信。

固件的程序代碼既可以通過外部E2PROM下載，也可以通過主機下載在本系統中選擇從主機下載，此時外接E2PROM中存放的是固件下載的PID/VID，且第1個字節是0xC0H，系統通過該PID/VID找到固件下載驅動程序(ezloader.sys)將相應的固件代碼下載到FX2的RAM中。ezloader.sys的生成是利用Cypress公司提供的固件下載驅動程序源代碼和用戶編譯成功的固件代碼。在Win2000 DDK中創建的，并根據E2PROM提供的PID/VID修改相應的.inf文件，在將固件下載RAM中后，系統清楚內存中的固件下載驅動程序，并進行重新列舉，讓C8051固件控制FX2，此時，系統獲得由C8051固件提供的PID/VID(與E2PROM中的不同)，認為有新的USB設備接入，并據此加載相應的設備驅動程序。

Ezusb.sys是本系統運行時所使用的主要驅動程序，它定義了幾個IOCTL代碼，其中：IOCTL_Ezusb_GET_DEVICE_DESCRIPTOR用于讀取USB設備描述符;IOCTL_Ezusb_GET_CONFIGURATION_DESCRIPTOR用于讀取USB設備的配置信息，IOCTL_Ezusb_BULK_READ用于主機讀取USB設備發出的塊數據，IOCTL_Ezusb_GET_CURRENT_FRAME_NUMBER，用于讀取USB傳輸過程中當前的幀序號。

3.3 用戶程序設計

應用程序開發中，可用VC++編制應用程序。所有的用戶程序是通過I/O控制調用來訪問EZ-USB的設備驅動程序的，可以把EZ-USB設備當成文件來操作，利用CreateFile得到EZ-USB句柄，通過得到的句柄，用一個Win32函數DeviceIoControl()，把IOCTL和相關的輸入輸出緩沖區提交給驅動程序，來進行控制傳輸，用ReadFile，WriteFile進行批量傳輸。當應用軟件退出時，用CloseHandle()關閉設備。

4 結束語

本文結合實際工程的需要，提出了基于USB接口的VSAT基帶數據采集的設計方案，并給出了硬件系統及軟件設計方法，在USAT通信的實際應用中，該系統與后端軟件結合，很容易實現對VSAT數據的分析與處理，可廣泛應用于VSAT通信系統中。