来源：单片机与嵌入式系统应用 作者：长沙国防科学技术大学 扈 啸 张连超

摘要：介绍usb2.0协议以及cypress公司推出的usb2.0控制器cy7c68013。usb2.0协议提供480mb/s的传输速度，向下完全兼容流行的usb1.1协议。cy7c68013是usb2.0的完整解决方案。该芯片包括带8.5kb片上ram的高速8051单片机、4kb fifo存储器以及通用可编程接口（gpif）、串行接口引擎（sie）和usb2.0收发器，无需外加芯片即可完成高速usb传输，性价比较高。

关键词：usb2.0 高速模式 端点本刊2002年到2、3期已对ez-usb单片机的介绍。本文在此只重点介绍usb2.0的特殊之处以及芯片cy7c68013的主要特点。*

1 usb2.0的主要特点usb协议的2.0版本于2000年4月推出。支持以下3种速度模式：

低速模式（low speed） 1.5mb/s；

全速模式（full speed） 12mb/s

高速模式（high speed） 480mb/s

usb2.0协议支持现存的所有usb设备，既可以把usb1.1设备插入usb1.1的pc机接口，并且在电气上兼容usb1.1的连接线。

1.1 数据包

usb传输的数据包的类型用称之为packet ids（pids）的特定代码来定义。usb包中共有4种pid类型，如表1所列。

表1 usb2.0的数据包类型

pid类型

pid名称

令牌

in，out，sof，setup

数据

data0，data1，data2，mdata

握手

ack，nak，stall，nyet

特殊类型

pre，err，split，pin注：黑体字表示usb2.0增加的pid类型。

在全速模式时，每个out传输发送out数据包，不考虑外设是否处于“忙”状态而不能接收数据。针对这种浪费带宽的情况，在高速模式时推荐使用新的pid类型“ping”。主机先对out端点发出个较短的“ping”令牌，访问当前外设是否有数据文凭间来存放out的数据包。仅仅当外部设备回答“ack”时，主机才发送较长out数据包。

setup邻牌只用于控制传输。它数据包中的前8个字节。通过这8个字节，外设对主机的设备请求进行译码。

sof令牌代表一个usb帧的开始。

ack（acknowlegde）表示成功，数据接收无误。

nak（negavite acknowlegde）表示忙，得发。这并不是出错，usb外设没有应答表示出错。

stall表示未知错误，外设未能理解主机发出的设备请求，可能是外设端出错，或是主机访问并存在的资源。usb协议提供了从stall状态恢复的方法。

nyet（not yet）类似于ack，表示数据接收无误，并且指出外设还没准备好接收下一个out数据包。nyet pid只用于在高速模式。

其它pid详见参考文献[1]。

1.2 帧结构

usb主机每毫秒向所有的usb设备发送1上sof包（start of frame），以此来提供时间基准。sof包括1个自增的11位帧序号。fx2随时可以从寄存器中读出这个范围在[0～2047]的帧序号。

地高速模式下（480mb/s），每个1ms长的帧被分成了8个125μs长的微帧。每个微帧也都由一个sof包开始。帧序号还是每个毫秒自增1次，所以这8个微帧都含有相同的帧序号。为了区别每个微帧fx2提供1个只读的微帧计数器，并且fx2能在收到sof包时产生1个中断请求，即在全速模式下1ms/次，高速模式下125μs/次。

1.3 传输类型

为了适用480 mb/s的高速数据传输，usb.0协议扩大了各种传输类型数据包长度，与usb1.1的对照如表2所列。

表2 usb2.0与usb1.1数据包长度的对照

传输类型

数据包度/b

usb1.1

usb2.0

控制传输

8，16，32，64

64

块传输

8，16，32，64

512

中断传输

1～64

1024

同步传输

1023

10241.4 高速模式和全速模式的检测

usb2.0规范要求高速设备必须能在全速模式下枚举。每个高速设备都在全速模式下开始枚举过程。当与主机达成“chirp”协议后设备再切换到高速工作模式下。详细内容见参考文献[1]第7章。fx2能自动检测高速主机，并切换到高速模式下。

1.5 传输性能分析

以usb硬盘为例分析usb2.0的高速传输性能。图1为usb2.0与硬盘接口的带宽分析。

每分转速7200带有2mb缓存的ata100硬盘，接口数