1、CY7C68013A芯片簡介

　　一個(gè)典型的USB應(yīng)用系統(tǒng)由USB設(shè)備、USB主機(jī)和USB電纜組成，USB主機(jī)一般指具有USB接口的計(jì)算機(jī)，連接到主機(jī)USB端口的外部設(shè)備一般稱為USB設(shè)備。

　　Cypress的EZ-USB FX2系列芯片是世界上第一款集成了USB2.0協(xié)議的微處理器，EZ-USB FX2LP系列是其低功耗版本，使用比較多的是CY7 C68013A。

　　FX2LP芯片的內(nèi)部主要包括高性能微處理器內(nèi)核、USB2.0收發(fā)器、智能引擎（SIE）、增強(qiáng)8051內(nèi)核、16K的RAM，4K的FIFO、IO接口、數(shù)據(jù)總線、地址總線和通用可編程接口等。EZ-USB FX2LP的CPU采用的是增強(qiáng)型8051內(nèi)核，指令集和標(biāo)準(zhǔn)的8051完全兼容，因此非常便于熟悉51單片機(jī)的用戶使用。

　　根據(jù)內(nèi)部資源和引腳數(shù)量的不同，CY7C68013A芯片一共提供了三種不同的封裝。本文以CYTC68013A-56pin為例進(jìn)行說明，該封裝提供了PA、PB、PD共3個(gè)8位并行I/O端口。

　　2、開發(fā)環(huán)境的搭建

　　USB接口設(shè)備的開發(fā)比較復(fù)雜，需要涉及USB固件程序、USB驅(qū)動(dòng)程序、上位機(jī)程序開發(fā)和電路板設(shè)計(jì)等諸多方面。

　　2.1 固件開發(fā)環(huán)境

　　USB功能設(shè)備的硬件功能主要由硬件上的微處理器來實(shí)現(xiàn)，微處理器是由芯片上的固件程序控制的。由于FX2LP的CPU采取了8051內(nèi)核，因此，固件開發(fā)環(huán)境仍然可以使用51系列單片機(jī)的常用開發(fā)軟件--Keil μVision。

　　2.2 Cypress開發(fā)包

　　Cypress公司為EZ-USB芯片提供了一個(gè)開發(fā)包，CY3684 EZ-USB FX2LP Development Kit，里面包含了典型的固件代碼，用戶可以參考使用。另外，該開發(fā)包還提供了通用USB驅(qū)動(dòng)程序、典型的硬件電路、上位機(jī)操作函數(shù)說明等。

　　2.3 上位機(jī)開發(fā)環(huán)境

　　USB功能設(shè)備需要連接到計(jì)算機(jī)上使用，因此需要上位機(jī)的程序開發(fā)，一般可以使用微軟的Visual Studio來實(shí)現(xiàn)。USB設(shè)備開發(fā)的上位機(jī)程序通過USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序來和USB設(shè)備進(jìn)行通信。

　　驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)可以使用微軟的DDK開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，也可以使用Driver Studio軟件。針對(duì)Cypress公司的EZ-USB系列芯片，也可以直接使用Cypress的通用驅(qū)動(dòng)程序，這是一種更加簡單的開發(fā)方式。

　　3、USB鍵盤的設(shè)計(jì)

　　3.1 電路設(shè)計(jì)

　　圖1是CY7C68013A-56pin的典型連接。電壓調(diào)整芯片將USB接口的5 V電壓轉(zhuǎn)換為芯片的工作電壓3.3 V;類似51系列單片機(jī)，時(shí)鐘振蕩電路接入晶振和兩個(gè)瓷片電容；SCL與SDL引腳接上拉電阻。

　　鍵盤設(shè)計(jì)十分簡單，CYTC68013A-56pin有PA、PB、PD三組24個(gè)IO端口，利用這些IO端口，就可設(shè)計(jì)常用的矩陣鍵盤，如圖2所示，鍵的數(shù)目可達(dá)12*12個(gè)。和51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的鍵盤一樣，固件程序需要對(duì)行和列進(jìn)行掃描，采用輪詢或中斷的方式，對(duì)按下的鍵值進(jìn)行判斷。

　　另外，在制作電路板的時(shí)候，注意D+和D-的走線盡量的短而且相等，晶振盡量靠近芯片。

　　3.2 USB芯片的固件程序設(shè)計(jì)

　　EZ-USB FX2LP芯片采用的是一種軟配置模式。也就是USB設(shè)備的各種驅(qū)動(dòng)程序都保存在上位機(jī)，上電后，USB主機(jī)首先將程序下載到RAM中，然后從RAM開始執(zhí)行。在這個(gè)過程中，有兩次“枚舉”：剛加電時(shí)，USB內(nèi)核中沒有固件，將被枚舉為一個(gè)默認(rèn)的USB設(shè)備；主機(jī)下載固件程序之后，在內(nèi)核中執(zhí)行固件程序，就會(huì)重新識(shí)別并枚舉這個(gè)USB設(shè)備，這個(gè)過程被稱為“重枚舉”。在第一次枚舉時(shí)，根據(jù)芯片有沒有連接E2PROM，以及E2PROM中第一個(gè)字節(jié)的值，有不同的處理方式。當(dāng)沒有外接E2PROM時(shí)，將根據(jù)驅(qū)動(dòng)程序中提供的VID，PID和DID，把主機(jī)上對(duì)應(yīng)的固件程序下載到片內(nèi)的RAM中，并執(zhí)行固件代碼。

　　USB固件程序是USB設(shè)備功能的核心，通過兩次枚舉，固件程序被下載到CY7C68013A的芯片里（程序也可以放在外接的EEPROM芯片里），用于配置芯片工作在需要的狀態(tài)下。

　　固件程序使用Keil μVision來編寫。可以參考Cypress的例程。大體步驟是：

　　（1）初始化休眠模式、遠(yuǎn)程喚醒等。

　　（2）初始化用戶設(shè)備，主要是‘TD_Init（）子程序。負(fù)責(zé)整個(gè)USB設(shè)備的初始化過程。

　　（3）定向描述符。

　　（4）把所用中斷打開，并開啟8051全局中斷EA=1.由于EZ-USB設(shè)備啟動(dòng)需要重列舉，因而需要通過設(shè)置和判斷USBCS寄存器的RENUM和DISCON位來模擬設(shè)備物理上的斷開和連接過程。

　　（5）用戶外圍設(shè)備控制功能的實(shí)現(xiàn)放在TD_Poll（）子程序中，同時(shí)主循環(huán)中的SetupCommand（）子程序用于接收、分析上位機(jī)的控制信號(hào)，響應(yīng)上位機(jī)請(qǐng)求（標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求和用戶自定義請(qǐng)求）。

　　3.3 USB通用驅(qū)動(dòng)程序的使用

　　USB設(shè)備的使用需要驅(qū)動(dòng)程序的支持，Cypress提供了通用的USB驅(qū)動(dòng)程序。

　　該驅(qū)動(dòng)包括兩部分：CyLoad.sys和CyUsb.sys，前者用于固件程序的下載，后者用于主機(jī)和固件程序的通信。這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序提供的引導(dǎo)文件分別是CyLoad.inf和CyUSB.inf，用戶可以直接使用，也可以根據(jù)需要進(jìn)行改動(dòng)。

　　為了在CyLoad.sys的幫助下實(shí)現(xiàn)固件的自動(dòng)下載，固件程序CyLoad.HEX必須轉(zhuǎn)換為適合自動(dòng)下載的CyLoad.spt文件，并且與CyLoa d.sys一起放在CyLoad文件夾下，拷貝到系統(tǒng)system32目錄下。在安裝文件CyUSB.inf中設(shè)置的PID，VID必須和描述符中的一致，使得能夠自動(dòng)加載對(duì)應(yīng)固件。

　　USB設(shè)備使用時(shí)，必須首先安裝驅(qū)動(dòng)程序，注意分別安裝上面提到的下載驅(qū)動(dòng)CyLoad.sys和通信驅(qū)動(dòng)CyUsb.sys.安裝驅(qū)動(dòng)之后，可以使用Cypress提供的主機(jī)控制函數(shù)庫CyAPI.lib開發(fā)主機(jī)程序，通過驅(qū)動(dòng)程序和USB設(shè)備進(jìn)行通信。

　　3.4 USB主機(jī)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　USB主機(jī)程序可以使用Cypress提供的CyAPI.lib庫來進(jìn)行編程。CyAPI.lib對(duì)應(yīng)Cypress提供的驅(qū)動(dòng)程序CyUsb.sys，為其提供了簡單而且功能強(qiáng)大的C++編程接口，通過CyAPI.lib庫提供的函數(shù)，可以對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行讀寫操作，這些函數(shù)主要是Open，Close和XferData.

　　本文以VC++6.0為例，描述創(chuàng)建USB設(shè)備應(yīng)用程序的步驟。

　　（1）新建工程，并將CyAPI.h，CyAPI.lib，cyioctl.h三個(gè)文件加載到項(xiàng)目中。

　　CyAPI.h中定義了CCyUSBDevice、CCyControlEndPoint等幾個(gè)重要的類；而cyioctl.h中則定義了讀取USB設(shè)備的幾個(gè)重要的結(jié)構(gòu)和宏。

　　（2）在相應(yīng)的文件中（視、框架或者對(duì)話框，依具體情況），包含頭文件CyAPI.h和cyioefl.h.

　　然后定義USB設(shè)備全局變量和控制端點(diǎn)全局變量，并進(jìn)行初始化：

　　CCyUSBDevice*USBDevice=new CCyUSBDevice（）；

　　CCyControlEndPoint*ept=USBDevice-》ControlEndPt;

　　（3）在程序執(zhí)行時(shí)，采用中斷方式，或者輪詢方式交換數(shù)據(jù)。以輪詢方式為例，則在幀循環(huán)中加入如下代碼：

　　首先判斷設(shè)備是否打開，然后指定操作碼，ept-》XferData（）完成傳輸，實(shí)現(xiàn)從端口讀數(shù)據(jù)，或者向端口寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛴蒭pt-》Direction來設(shè)置。

　　（4）結(jié)束程序時(shí)，關(guān)閉USBDevice.

　　USBDevice-》Close;

　　4、結(jié)論

　　EZ-USB FX2芯片實(shí)現(xiàn)USB系統(tǒng)，軟硬件程序設(shè)計(jì)，相比較而言，簡單、方便。本文介紹了設(shè)計(jì)USB系統(tǒng)的大體步驟，給出了USB鍵盤設(shè)計(jì)的實(shí)例。