1、CY7C68013A芯片簡介

　　一個典型的USB應用系統由USB設備、USB主機和USB電纜組成，USB主機一般指具有USB接口的計算機，連接到主機USB端口的外部設備一般稱為USB設備。

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

　　FX2LP芯片的內部主要包括高性能微處理器內核、USB2.0收發器、智能引擎（SIE）、增強8051內核、16K的RAM，4K的FIFO、IO接口、數據總線、地址總線和通用可編程接口等。EZ-USB FX2LP的CPU采用的是增強型8051內核，指令集和標準的8051完全兼容，因此非常便于熟悉51單片機的用戶使用。

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

　　2、開發環境的搭建

　　USB接口設備的開發比較復雜，需要涉及USB固件程序、USB驅動程序、上位機程序開發和電路板設計等諸多方面。

　　2.1 固件開發環境

　　USB功能設備的硬件功能主要由硬件上的微處理器來實現，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內核，因此，固件開發環境仍然可以使用51系列單片機的常用開發軟件--Keil μVision。

　　2.2 Cypress開發包

　　Cypress公司為EZ-USB芯片提供了一個開發包，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，該開發包還提供了通用USB驅動程序、典型的硬件電路、上位機操作函數說明等。

　　2.3 上位機開發環境

　　USB功能設備需要連接到計算機上使用，因此需要上位機的程序開發，一般可以使用微軟的Visual Studio來實現。USB設備開發的上位機程序通過USB設備的驅動程序來和USB設備進行通信。

　　驅動程序的開發可以使用微軟的DDK開發驅動程序，也可以使用Driver Studio軟件。針對Cypress公司的EZ-USB系列芯片，也可以直接使用Cypress的通用驅動程序，這是一種更加簡單的開發方式。

　　3、USB鍵盤的設計

　　3.1 電路設計

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

　　鍵盤設計十分簡單，CYTC68013A-56pin有PA、PB、PD三組24個IO端口，利用這些IO端口，就可設計常用的矩陣鍵盤，如圖2所示，鍵的數目可達12*12個。和51單片機實現的鍵盤一樣，固件程序需要對行和列進行掃描，采用輪詢或中斷的方式，對按下的鍵值進行判斷。

　　另外，在制作電路板的時候，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芯片的固件程序設計

　　EZ-USB FX2LP芯片采用的是一種軟配置模式。也就是USB設備的各種驅動程序都保存在上位機，上電后，USB主機首先將程序下載到RAM中，然后從RAM開始執行。在這個過程中，有兩次“枚舉”：剛加電時，USB內核中沒有固件，將被枚舉為一個默認的USB設備；主機下載固件程序之后，在內核中執行固件程序，就會重新識別并枚舉這個USB設備，這個過程被稱為“重枚舉”。在第一次枚舉時，根據芯片有沒有連接E2PROM，以及E2PROM中第一個字節的值，有不同的處理方式。當沒有外接E2PROM時，將根據驅動程序中提供的VID，PID和DID，把主機上對應的固件程序下載到片內的RAM中，并執行固件代碼。

　　USB固件程序是USB設備功能的核心，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、遠程喚醒等。

　　（2）初始化用戶設備，主要是‘TD_Init（）子程序。負責整個USB設備的初始化過程。

　　（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設備啟動需要重列舉，因而需要通過設置和判斷USBCS寄存器的RENUM和DISCON位來模擬設備物理上的斷開和連接過程。

　　（5）用戶外圍設備控制功能的實現放在TD_Poll（）子程序中，同時主循環中的SetupCommand（）子程序用于接收、分析上位機的控制信號，響應上位機請求（標準請求和用戶自定義請求）。

　　3.3 USB通用驅動程序的使用

　　USB設備的使用需要驅動程序的支持，Cypress提供了通用的USB驅動程序。

　　該驅動包括兩部分：CyLoad.sys和CyUsb.sys，前者用于固件程序的下載，后者用于主機和固件程序的通信。這兩個驅動程序提供的引導文件分別是CyLoad.inf和CyUSB.inf，用戶可以直接使用，也可以根據需要進行改動。

　　為了在CyLoad.sys的幫助下實現固件的自動下載，固件程序CyLoad.HEX必須轉換為適合自動下載的CyLoad.spt文件，并且與CyLoa d.sys一起放在CyLoad文件夾下，拷貝到系統system32目錄下。在安裝文件CyUSB.inf中設置的PID，VID必須和描述符中的一致，使得能夠自動加載對應固件。

　　USB設備使用時，必須首先安裝驅動程序，注意分別安裝上面提到的下載驅動CyLoad.sys和通信驅動CyUsb.sys.安裝驅動之后，可以使用Cypress提供的主機控制函數庫CyAPI.lib開發主機程序，通過驅動程序和USB設備進行通信。

　　3.4 USB主機的應用程序設計

　　USB主機程序可以使用Cypress提供的CyAPI.lib庫來進行編程。CyAPI.lib對應Cypress提供的驅動程序CyUsb.sys，為其提供了簡單而且功能強大的C++編程接口，通過CyAPI.lib庫提供的函數，可以對USB設備進行讀寫操作，這些函數主要是Open，Close和XferData.

　　本文以VC++6.0為例，描述創建USB設備應用程序的步驟。

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

　　CyAPI.h中定義了CCyUSBDevice、CCyControlEndPoint等幾個重要的類；而cyioctl.h中則定義了讀取USB設備的幾個重要的結構和宏。

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

　　然后定義USB設備全局變量和控制端點全局變量，并進行初始化：

　　CCyUSBDevice*USBDevice=new CCyUSBDevice（）；

　　CCyControlEndPoint*ept=USBDevice-》ControlEndPt;

　　（3）在程序執行時，采用中斷方式，或者輪詢方式交換數據。以輪詢方式為例，則在幀循環中加入如下代碼：

　　首先判斷設備是否打開，然后指定操作碼，ept-》XferData（）完成傳輸，實現從端口讀數據，或者向端口寫數據。數據傳輸的方向由ept-》Direction來設置。

　　（4）結束程序時，關閉USBDevice.

　　USBDevice-》Close;

　　4、結論

　　EZ-USB FX2芯片實現USB系統，軟硬件程序設計，相比較而言，簡單、方便。本文介紹了設計USB系統的大體步驟，給出了USB鍵盤設計的實例。