基于DSP芯片TMS320VC33和PDIUSBD12接口芯片实现USB接口设计

基于DSP芯片TMS320VC33和PDIUSBD12接口芯片实现USB接口设计

方案选择

硬件设计

USB控制器

USB控制器通过控制USB接口芯片实现协议处理和数据交换。在本设计中选用DSP芯片TMS320VC33作为微控制器，这主要是基于两方面的考虑：一是其运算速度较快，指令周期仅为13nS，可以最大限度地发挥USB接口芯片的潜力;二是该DSP芯片性价比高，且具有浮点运算功能，扩展浮点精度可达40位。

USB接口芯片

USB接口芯片用以完成USB通信底层的数据链路级交换，并对本地微控制器提供一个并行接口。

本文选用PHILIPS公司的PDIUSBD12作为USB接口芯片。该芯片可与任何微控制器实现高速并行接口（2Mb/s），允许使用现存的体系结构并使固件投资减到最小。这种灵活性减少了开发时间、风险和成本，是开发高效低成本的USB外围设备的一种快捷途径。

PDIUSBD12一共有三组端点：端点0完成控制传输;端点1可以配置成中断传输;端点2有128B的缓冲区，是主要的数据传输端点。

USB软件设计包括固件（firmware）程序、PC端的驱动程序和应用程序。其中固件程序要求编写者对复杂的USB通信协议有深刻的理解，编程难度较高，在本论文中将详细介绍。

固件编程

固件程序是写入MCU内的程序，使MCU可以完全按照USB协议，识别接收到的信息包类型，对包的内容、意义进行分析，并按照要求完成相应的动作。通过这些不同类型包的传递，完成MCU与接口芯片的命令及数据交换，进而实现主机与设备间的通信。

主循环

中断处理程序

中断处理程序是整个固件程序设计的重点。将DSP设置为下降沿触发，当PDIUSBD12接收到主机发送的信息包时，触发DSP进入中断。首先通过读取PDIUSBD12的中断寄存器判断所发生中断的类型，然后根据具体的中断类型进入相应的处理子程序。

标准请求处理程序

USB协议中规定了11条所有USB设备都必须支持的标准请求，这些请求都是通过端点0发送的。标准请求处理程序对主机发出的标准请求进行响应，获取设备的性能及状态，并给设备分配地址且进行相应配置，最终完成枚举过程。

硬件接口及PDIUSBD12命令操作程序

硬件接口程序集成了DSP对PDIUSBD12的读写操作，是整个固件程序中最底层也是使用最频繁的部分，将它独立成一个模块编写极大地方便了程序在不同硬件平台上的移植。值得注意的是：PDIUSBD12要求数据线上的数据建立时间和保持时间必须大于40nS，因此编程时需要插入至少4个软件等待状态。另外，因为PDIUSBD12的最小读写周期为500nS，所以在每次对其进行读写操作后必须增加适当的延时。

数据发送及接收程序

当用户通过主机端应用程序向设备索要数据时，DSP调用数据发送子程序完成数据发送，针对发送数据量的大小，可以选择使用端点1或者端点2完成。对于主机发送数据的接收，在端点0及端点1的IN中断子程序中即可完成。发送数据子程序如下：

调试

调试过程之初，可以使用以下两种方法检测硬件连接是否正确：

1. 使用命令字FDh读取PDIUSBD12的ID号，正常状态下读出的两个字节应该为12H和10H。

若以上两条满足，则说明硬件连接基本没有问题。

PC端软件

PC端软件包括设备驱动程序和应用程序两部分。

应用程序是为了实现用户和设备的接口，基本功能包括检测USB设备、开启或闭合USB设备、设置USB数据传输管道、实时从USB接口采集数据以及显示数据等。程序使用VC++编写，调用Win32的应用程序接口（API）函数，实现应用程序和设备驱动的通信。使用PHILIPS公司提供的 EasyD12.dll动态链接库可以使开发过程更加轻松快捷。

结束语

系统测试结果表明：主机与设备间的数据传输平均速率达到130kb/s，完全可以满足一般测量仪器的需要。此项接口设计方案具有良好的可移植性，针对不同的硬件平台仅需做少许修改即可应用。随着USB技术的进一步发展，USB2.0和USB OTG规范的推出以及无线USB的出现，USB仪器将成为测量仪器的发展方向，并推动传统仪器向小型化和微型化方向发展。

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