基于DSP平臺的USB接口設計方案解析

　USB接口（Universal Serial Bus）是一種通用的高速串行接口。它最主要的特點是它的高速傳輸特性。USB1.1理論速度極限可以達到12Mb/s，USB2.0可達到 480Mb/s。這樣，它可以很好解決大數據量的數據在嵌入式系統與PC機之間的互傳問題；同時，它支持熱插拔，并且最多同時支持127個外設，非常適合嵌入式系統的應用。
　　本次設計是在一個已有的DSP圖像采集嵌入式系統的基礎上，為它配接上一個USB1.1的接口，以達到DSP圖像采集系統高速地將圖像數據回傳到PC機中的目的。設計的要求主要有：
　?、僭谠衅脚_提供的接口基礎上，加入一個低成本、高速度的USB接口；
　?、谕ㄟ^USB接口，實現PC機對DSP圖像采集系統的操作與控制；
　?、蹖崿F圖像數據在DSP攝像系統與PC機之間高速的雙向傳輸。
　　基于以上幾點可以看出，本方案最主要的特點是成本低廉且傳輸速度高。
　　1 硬件方案選擇與設計
　　1.1 方案選擇
　　對于基于DSP平臺的USB接口設計，經過綜合考慮了幾種方案之后決定，采用一個不帶MCU內核的USB接口芯片PDIUSBD12（成 本非常低，一片PDIUSBD12的價格僅為20元），再加上簡單的外圍電路和時序調整電路。
　　這種芯片僅僅完成USB底層的數據鏈路級交換，并提供給本地微控制器一個并行的接口，但是它并不完成協議層的工作。協議層的工作需要對微控制器 編程，控制USB接口芯片來實現USB協議。所以，開發難度相對來說大一些，要做的編程工作也多一點。但是這套方案的成本非常低，而且由于直接用DSP作 為微控制器，沒有原單片機的瓶頸限制，所以可以實現很高的數據傳輸速率。該系統的原理框圖如圖1所示。
　　
　　圖1 該系統的原理框圖
　　由于PDIUSBD12的并行接口時序較慢，只能達到2MB/s。這個速度相對于DSP來說比較低，而且有些地方不是簡單地在程序中加入延時就 可以調整，所以需要一個時序調整電路來完成它們之間的配合。
　　1.2 PDIUSBD12芯片
　　PDIUSBD12芯片是由Philips公司推出的一種USB1.1接口芯片。它可以工作在5V或者3.3V的工作電壓下；具有8位數據總線，且有完全自治的DMA傳輸操作。它還具有可控制的軟件連接（SoftConnect）功能，可以保證在微控制器可靠完成初始化之后再連接上USB總 線。另外，它還有一個LED驅動腳，可以外接LED來監測USB的枚舉過程和數據傳輸過程。當USB接口枚舉完成，并且成功配置以后，LED將會一直點亮；而在枚舉過程以及USB數據通信過程中，LED只是有節奏地閃爍。
　　PDIUSBD12只占用微控制器的兩個地址資源。也就是說，它只有一根地址線。其中一個地址用來向芯片中寫命令，另外一個地址用來向燕片中寫 數據或者從芯片中讀取數據。
　　PDIUSBD12一共有三組端點：端點0完成控制傳輸；端點1可以配置成中斷傳輸；端點2是主要的數據傳輸端點。它有64B的緩沖區，如果加上它的雙緩沖機制，就有128B的緩沖區；它可以配置成批量傳輸模式，或者同步傳輸模式。
　　總的來說，PDIUSBD12是一款性能優異，價格相對軟低的USB接口芯片。
　　1.3 時序芯片
　　為了降低成本、簡化電路，本方案不使用DMA傳輸方式，而以TI公司的TMS320C2XX作為微控 制器（使用20MHz晶振）。它的并口速度非常高，遠遠高于PDIUSBD12所要求的最高限制2MB/s。此處是硬件設計最關鍵的地方。
　　經過詳細的時序分析發現，大部分問題可以通過在DSP固件設計的加入延時，或者設置DSP的WSGR寄存器來解決。但是有一個問題，必須在硬件 上加以解決。圖2是DSP（TMS320C2XX）的寫時序。