摘要：利用ｅｚ－ｕｓｂ接口芯片ａｎ２１３１ｑ实现了基于ｔｍｓ３２０ｃ５４０９的水声信号采集及混沌特性研究系统中的高速数据通信，提出了一种采用ｆｉｆｏ缓存芯片实现ａｎ２１３１ｑ与ｔｍｓ３２０ｃ５４０９的连接方法，深入研究了ｅｚ－ｕｓｂ序列接口芯片的固件、设备驱动和用户程序开发过程。

　　０　引言

　　ｕｓｂ控制器采用通用连接技术以实现与外设的简单快速连接，具有连接灵活、使用方便、速度快、扩展能力强等优点，使得其一些高速、高精度的信号采集领域中，　具有极大的应用价值［１］。　ｅｚ－ｕｓｂ序列芯片ａｎ２１３１ｑ是ｃｙｐｒｅｓｓ公司的内嵌微控制器的８０ｐｉｎ的ｕｓｂ接口控制芯片，它采用了一种基于内部ｒａｍ的解决方案，允许客户随时不断地设置和升级，不受端口数、缓冲大小、传输速度及传输方式的限制［２］。片内嵌有一个增强型８０５１微控制器，与标准的８０５１相比，其速度快３倍。本文将ｕｓｂ控制器ｅｚ－ｕｓｂ２１３１ｑ用于基于ｔｍｓ３２０ｃ５４０９的水声信号采集及混沌特性研究系统中，实现了数据的高速传输。

　　１　ｕｓｂ控制器与ｄｓｐ的连接

　　１．１　　ａｎ２１３１ｑ和ｔｍｓ３２０ｃ５４０９的硬件连接

　　在ｔｍｓ３２０ｃ５４０９和ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ硬件连接中，采用ｆｉｆｏ（ｆｉｒｓｔ　ｉｎ　ｆｉｒｓｔ　ｏｕｔ　ｓｒａｍ）连接方法，除了能确保ｄｓｐ和主机间的数据传输速度只受ｕｓｂ协议限制外，还能使ｕｓｂ控制器和ｄｓｐ之间的最大数据交换速度超过ｕｓｂ总线的速度。

　　由于ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ内嵌有加强型的８０５１处理器，可使用两片ｆｉｆｏ（ｆｉｆｏ选用ｉｄｔ７２ｖ０２，它具有１ｋ×９位的内存）可以实现ｕｓｂ控制器和ｄｓｐ之间的双向通信。从ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ或者ｄｓｐ传输的数据首先保存在ｆｉｆｏ中，然后再由ｄｓｐ或者ａｎ２１３１ｑ读走，从而使得数据的传输不会出现堵塞情况，其硬件连接框图如图１所示。

　　图１　　　ａｎ２１３１ｑ和ｔｍｓ３２０ｃ５４０９的连接图

　　１．２　　　　　　　　ａｎ２１３１ｑ和ｉｄｔ７２ｖ０２的连接

　　ｉｄｔ７２ｖ０２状态信号有空（ｅｆ）、半满（ｈｆ）和满（ｆｆ），它们都在ｆｉｆｏ为低电平时有效。其与ａｎ２１３１ｑ的连接如图２所示。

　　图２　　　ａｎ２１３１ｑ和ｉｄｔ７２ｖ０２的连接图

　　１．３　　ａｎ２１３１ｑ和ｔｍｓ３２０ｃ５４０９的软件连接

　　ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ和ｄｓｐ之间的软件部分包括４个部分，分别是ｕｓｂ控制器ａｎ２１３ｌｑ对ｆｉｆ０１的写、ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ对ｆｉｆ０２的读、ｔｍｓ３２０ｃ５４０９对ｆｉｆ０１的读、ｔｍｓ３２０ｃ５４０９对ｆｉｆｏ２的写。为了描述的方便，将ｆｉｆ０１的３个状态信号分别称为　、　和　，对应ｆｉｆ０２的为　、　、　。

　　（１）ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ写ｆｉｆｏ１

　　当ｕｓｂ总线上有数据要传送至ｔｍｓ３２０ｃ５４０９时，　ａｎ２１３１ｑ查询　，若　无效，　ａｎ２１３１ｑ一次向ｆｉｆｏ１写入一个数据包（数据包要小于或等于ｆｉｆｏ１容量的一半），而且ａｎ２１３１ｑ一次向ｆｉｆｏ１写入每一个字节时不需再查询　。

　　（２）　ｔｍｓ３２０ｃ５４０９读ｆｉｆｏ１

　　ｔｍｓ３２０ｃ５４０９每次从ｆｉｆｏ１中读入一个数据包，每读一个字节前，ｄｓｐ需要查询　，只有当　无效（ｆｉｆｏ１不为空）时，ｄｓｐ才能进行读操作。

　　（３）　ｔｍｓ３２０ｃ５４０９写ｆｉｆｏ２

　　当ｔｍｓ３２０ｃ５４０９有数据要传送至主机时，ｔｍｓ３２０ｃ５４０９把数据打包，每次向ｆｉｆｏ２中写入一包数据，方法与ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ写ｆｉｆｏ１相同，惟一不同的是ｔｍｓ３２０ｃ５４０９查询的信号是　。写完一包数据后，ｔｍｓ３２０ｃ５４０９通过操作控制字向ｕｓｂ控制ａｎ２１３１ｑ发一个中断信号，ｔｍｓ３２０ｃ５４０９在写下一包数据时必须等到ａｎ２１３１ｑ应答。ａｎ２１３１ｑ应答的方法是利用ｔｍｓ３２０ｃ５４０９的外部中断ｉｎｔ１中断ｄｓｐ。

　　（４）ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ读ｆｉｆｏ２

　　ｕｓｂ控制器ａｎ２１３１ｑ收到ｔｍｓ３２０ｃ５４０９发出的中断信号，应答ｄｓｐ后，从ｆｉｆｏ２中读入一包数据，不用再查询　。

　　２　ｕｓｂ接口软件设计

　　ｕｓｂ接口软件主要分为三部分：固件程序、驱动程序、主机应用程序。主机应用程序通过驱动程