来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：袁卫 赵小明 等

    引言

    通用串行总线（usb）具有快速、双向、大批量传输、廉价以及可实现热插拔等优点，cypress公司的fx2系列芯片之一cy7c68013是最早符合usb2.0标准的微控制器，集成了符合usb2.0的收发器、串行接口引擎（sie）、增强型8051内核以及可编程的外围接口，实现基于usb2.0的接口数据通信，cy7c68013可配置成3种不同的接口模式；ports（端口模式）、gpif master（可编程接口模式）和slave fifo（主从模式），其中，后两种模式利用其内部集成的可以独立于微处理器而自动处理usb事务的硬件（usb核），数据的传输通过执行usb本身的协议来完成，微处理器可不参与数据传输，从而使数据的传输速率大大地提高，同时也简化了固件代码的编写。后两种方式由于克服了微处理器这个带宽"瓶颈"，因而广泛应用于大批量的数据传输，如图像、视频等信号的采集。

    而对前一种ports（端口模式），文献中介绍较少，作为一种最基本的数据传输方式，其数据传输主要由固件程序完成，需要cpu的参与，因此数据传输速率比较低，适用于传输速率要求不高的场合，而且由于fx2内部集成有8051内核，对一个刚从单片机的开发过渡到usb开发的工程人员来说，也不失是一种有效的数据传输方式，现以一个工程开发的实例来详细说明一下在ports模式下如何实现数据一双向传输。

    1 设计要求

    主机通过usb接口以4kb/s的速率分别向两个通道发送数据序列，并由外设的d/a转换器完成数据的转换，同时，由外部的两个a/d转换器以400kb/s的采样率完成数据的采集，采集后的数字信号也经usb接口传送至主机存储，其中，usb接口芯片采用cypress公司的cy7c68013，fpga采用altera公司的ep1c6q240c8，图1为其数据的多路传输系统框图。

    2 usb 数据多路传输硬件

    2.1 ez-usb fx2 cy7c68013

    ez-usb fx2 cy7c68013支持usb2.0数据传输，其内部结构及功能在其他文献已有详细的介绍，现针对此芯片在本电路的作用进行简要的说明，在设计中主要利用cy7c68013的ports接口模式完成多路数据的传输，usb和fpga之间数据和状态的传输由cy7c68013的ioa接口完成，iob接口中的iob0-iob2口线作为usb和fpga之间的控制线。cy7c68013内部的ep2端口设置为512字节双缓冲、out、块传输，作为主机向外设发送数据的缓冲区；ep6端口设置为512字节双缓冲，in、块传输，作为外设向数据传送数据的缓冲区。

    2.2 fpga芯片ep1c6q240c8

    fpga采用altera公司的cyclone 芯片ep1c6q240c8。在这里fpga的作用有3个：其一，给两路d/a转通道各分配两个128×8位的ram区，作为从主机向外设发送数据的缓存。其二、给两路a/d转换通道各分配两个512×8位的ram区，作为从外设向主机传送数据的缓存，由于两路数据的传输和采集共用一个8位数据总线，因此，数据总线要针对不同的接收和发送来回切换，因而每个通道的两路分别采用两个ram块，起到双缓冲作为，以防传输时数据"溢出"的。其三，由于数据总线要针对不同通道来回切换，控制切换的过程由状态寄存器来完成，因此，要在fpga内部设置一个状态寄存器，所设置的状态寄存器仅包含两位，分别标识两个通道的数据ram的"满"或"空"的状态，以确定当前应该为哪一个通道发送或接收数据。

    3 通信协议的制定

    采用cy7c68013的ports模式实现数据通信，与fifo和gpif模式不同，后两种模式在数据传输方面主要由usb核完成，所需的控制信号由cy7c68013自身来提供。而对于ports模式，控制信号没有专用的口线，那么就必须用其他通用的i/o接口来完成，在此，采用iob0-iob2作为usb和fpga之间的控制线，由于自定义的3条线是通用口线，没有实际的意义，因此在usb和fpga之间首先要制定两者的通信协议,即给这3条口线赋以实际的功能。

    ale（iob0）：例如ale