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EZ-USB 68013A开发指南

Airhand 2006-4-5

1.   元器件

CYPRESS 68013A：支持USB 2.0协议，带增强型8051单片机，时钟频率48Mhz。支持串口通讯。

2.   文档

3.   开发环境

3.1  Keil C 7.0编译器

3.2  C++ Builder 6.0

3.3  VC++ 6.0

3.4  EEPROM烧写器

3.5  68013A的开发包（含CYPRESS CONSOLE、CYUSB.SYS、例程等)

3.6  BUS HOUND 5.0

4.   开发流程

4.1    硬件程序编写

1）根据CYPRESS的示例程序建立工程框架，一般由FW.C PERIPH.C和定义寄存器的几个头文件组成。如下图：

2）FW.C负责了设备连接、重枚举、设备初始化等过程

3）PERIPH.C负责响应各种中断事件。

4）dscr.a51文件定义了USB设备握手时需要的各种描述符

5）FX2REGS.H定义了USB中所有的寄存器

6）FX2.H主要定义了各种二级中断向量和描述符的数据结构

7）编译后的二进制代码和工程同名，扩展名为HEX。

8) 相应的头文件和类库在KEIL C的lib和inc文件夹内，需在项目设置中设置路径。

4.2    硬件程序烧录

1）因为本产品要求将二进制代码和硬件PID/VID烧录在EEPROM，而不是使用CYPRESS推荐的在线下载方式，所以外部采用了8K的EEPROM。上电后68013A会将EEPROM中的数据和程序加载到RAM中运行。

2）HEX文件只是68013A上8051的程序代码，还要加上PID/VID等信息才能正确运行，CYPRESS在开发包中提供了HEX2BIN.EXE这个工具，可以根据HEX生成完备的IIC文件，将此文件烧录到EEPROM上即可。

3）HEX2BIN.EXE的使用方法如下：

将XXX.HEX文件拷贝到HEX2BIN.EXE所在目录，打开CMD，按如下格式输入：

hex2bix -i -o xxx.iic xxx.hex -f 0xC2 -v 0x1234 -p 0x1234

-i      表示输出文件，也就是IIC文件

-o       表示输入文件，也就是HEX文件

-f      表示68013A发送PID/VID的方式，这里为C0，即从EEPROM上读取。

-v   表示VID的BCD码，开发阶段使用1234

-p   表示PID的BCD码，开发阶段使用1234

4）将生成的IIC文件用烧写器烧录到EEPROM上，本项目使用的是深圳思泰佳电子公司的NSP通用烧写器，此烧写器不支持IIC类型，选择BIN类型可替代。

4.3    驱动的识别

1）将EEPROM连到68013A上后，接上USB线，上电。计算机提示找到新硬件，要求安装驱动。

2）CYPRESS针对68013A提供了全新的驱动程序CYUSB.SYS。这个驱动使用了新的API，所以上位机的编写上和旧的方式完全不同。底层的IOCTL控制字的定义也完全不同，详见CYAPI.PDF和CYUSB.PDF。

3）安装驱动之前，必须先根据VID/PID正确编辑CYUSB.INF文件，在文件中添加自己的PID/VID代码和设备描述，连接设备时，将根据硬件上的PID/VID查找INF文件中对应的驱动，如果找不到，在设备管理器中将显示“68013 EEPROM MISSING”的字样。

4）详细的INF配置方法参考CYUSB.PDF PART1/PART2/PART3。这里不在赘述。

5）安装驱动时候找到修改好的CYUSB.INF文件，驱动将被正确安装，此时设备可以正常使用。

4.4    测试过程

1）被正确识别的设备可以在CYPRESS CONSOLE上看到设备信息。如图：

2）CYPRESS CONSOLE的具体使用方法请参考CyConsole.chm。

3）要注意的是，除EP0/EP1外，当其他端点Max Pkt Size大小为64字节时，表示工作在USB 1.1模式，有可能是软件的原因，也有可能是外围上拉电阻的问题。开发中要特别注意。

5.   推荐开发流程

5.1  看本介绍USB 2.0协议的书，对USB 2.0协议有所了解。推荐《USB 2.0原理与工程开发》

5.2  看CYUSB.PDF文档。了解驱动安装方法。

5.3  看KEIL C51的书籍，熟悉C51的编程方法，熟悉KEIL C编程环境。

5.4  看CYPRESS提供的例程，了解68013A编程框架。推荐《EZ-USB 2100系列单片机原理、编程及应用》（基本框架类似，部分寄存器定义不同）。

5.5  对照USB 2.0协议，编写dscr.a51文件，配置各种描述符。

5.6  结合FX2 TechRefManual.pdf，研读FW.C、PERIPH.C、FX2REGS.H、FX2.H，了解寄存器的定义。

5.7  根据系统需求编写响应代码，有开发板时，根据开发版上的LED来测试程序正确与否。

5.8  根据CYAPI.PDF CYUSB.PDF编写上位机通讯程序。

同步读取数据方法      XferData();

异步读取数据方法                 BeginDataXfer()/WaitForXfer()/FinishDataXfer();

5.9  调试程序。

5.10               编写其他8051上的程序，并继续调试。

6.   发布时应提供的文件

1）CYUSB.SYS

2）CYUSB.INF

3）XXX.IIC

7.   重点讲解

7.1    如何理解CYPRESS 68013A程序框架

CYPRESS提供了非常好的程序框架，免去了用户自己编写一些通用性比较强、模式化的程序（如果不提供，很少有人能写出如此高效，结构紧凑的程序，实际上此框架和68013A内部结构关系密切，一般人也没有足够的内部资料也不可能写出来）。在框架的基础上，用户只需在相应的地方写相应的代码即可完成USB工作。

一般来说框架可以分成3个部分。

1）              描述符文件。例如dscr.a51文件，里面定义了枚举设备的时候要用的各种描述符信息，这部分用户需要根据实际的情况自己编写。我写的时候发现一个最大的问题就是各种书籍协议版本不同，翻译质量不同，同一字段的意义表述不同，容易让人产生困惑。例如USB 1.1/2.0/2.13对设备类型的子类定义都不完全相同，所以写的时候最好几种文档对比起来写。由于USB官方网站的文档中字段解释过于专业化，所以对USB不是很熟悉的人比较难以理解其真正含义。所以要多参考不同的书籍，某种程度上降低了开发速度，但对第一次做USB开发的人来说，这也是值得的。

2）              固件文件，例如FW.C文件，这是硬件程序的函数入口。主要有以下这些方法：

void SetupCommand(void);     //握手命令处理

void TD_Init(void);   //初始化，完成配置，启动时调用一次

void TD_Poll(void);   //用户处理程序，循环调用

void IO_Init(void);   //8051 IO初始化

void REG_Init(void);  //8051寄存器初始化

BOOL TD_Suspend(void);    //挂起处理

BOOL TD_Resume(void);     //唤醒处理

//以下为各种描述符的获取和设置函数，重枚举时自动调用

BOOL DR_GetDescriptor(void);

BOOL DR_SetConfiguration(void);

BOOL DR_GetConfiguration(void);

BOOL DR_SetInterface(void);

BOOL DR_GetInterface(void);

BOOL DR_GetStatus(void);

BOOL DR_ClearFeature(void);

BOOL DR_SetFeature(void);

BOOL DR_VendorCmnd(void);

3）              功能文件，处理各种中断。例如PERIPH.C文件。8051一般默认只有四个中断，这显然不够USB使用，所以CYPRESS引入了自动向量的概念，相当于软中断，大大扩展了现有的中断数量。主要的中断有：

void ISR_Sudav(void) interrupt 0  //收到setup包

void ISR_Sutok(void) interrupt 0 //收到SETUP令牌

void ISR_Sof(void) interrupt 0 //收到起始帧

void ISR_Ures(void) interrupt 0 //收到RESET

void ISR_Susp(void) interrupt 0  //收到挂起信息

void ISR_Highspeed(void) interrupt 0 //高速模式

void ISR_Ep0ack(void) interrupt 0   //正常响应ACK

void ISR_Stub(void) interrupt 0

void ISR_Ep0in(void) interrupt 0

void ISR_Ep0out(void) interrupt 0

void ISR_Ep1in(void) interrupt 0

void ISR_Ep1out(void) interrupt 0 //EP1输入中断

void ISR_Ep2inout(void) interrupt 0     //EP2中断

void ISR_Ep4inout(void) interrupt 0

void ISR_Ep6inout(void) interrupt 0

void ISR_Ep8inout(void) interrupt 0

void ISR_Ibn(void) interrupt 0

void ISR_Ep0pingnak(void) interrupt 0

void ISR_Ep1pingnak(void) interrupt 0

void ISR_Ep2pingnak(void) interrupt 0

void ISR_Ep4pingnak(void) interrupt 0

void ISR_Ep6pingnak(void) interrupt 0

void ISR_Ep8pingnak(void) interrupt 0

void ISR_Errorlimit(void) interrupt 0

void ISR_Ep2piderror(void) interrupt 0

void ISR_Ep4piderror(void) interrupt 0

void ISR_Ep6piderror(void) interrupt 0

void ISR_Ep8piderror(void) interrupt 0

void ISR_Ep2pflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep4pflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep6pflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep8pflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep2eflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep4eflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep6eflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep8eflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep2fflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep4fflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep6fflag(void) interrupt 0

void ISR_Ep8fflag(void) interrupt 0

void ISR_GpifComplete(void) interrupt 0

void ISR_GpifWaveform(void) interrupt 0

特别是对于接受数据，一般都在中断中完成相应处理，“中断中适合进行少量简短的操作，不适合进行复杂操作”，这句话在此依然有效。如果要进行复杂的操作可以在TD_POLL()中进行（多数操作都是在这个函数中完成的）。

另外非常重要的一点是，中断程序的结尾应该让中断复位，允许下一次中断，有些端点的计数器也要清零并允许接受新的中断请求。例如：

    EP1OUTBC = 0; //清空计数

    EZUSB_IRQ_CLEAR(); //USB中断复位

    EPIRQ = 0x08;     //允许EP1中断请求

7.2    68013A端点寄存器介绍

68013A内部的寄存器约有300个上下，一次都记住是不可能的，而且每个寄存器都有8个位，也就是说一共有2000多个可以配置的位，一次都理解掌握这些位的含义也是不可能的，所幸地是开发中并不会用到所有的寄存器，但是依然强烈建议把FX2REGS.H和FX2.H走读一边，这就像读书一样，没有学会识字，再看都是天书。结合FX2 TechRefManual.pdf走读这些寄存器大约需要一到两天时间，这点时间投入还是值得的。

在通讯过程中，打交道最多的是各种端点寄存器，掌握好这些寄存器地使用对提升开发效率是很有帮助。值得特别关注的寄存器和配置位如下：

Rwuen、REVCTL、EP1OUTCFG、EP1INCFG、EP2CFG、EP4CFG、EP6CFG、EP8CFG、EP2FIFOCFG、EP4FIFOCFG、EP6FIFOCFG、EP8FIFOCFG、FIFORESET、EPIRQ、EPIE、EP1OUTBC、APTR1H、APTR1L、EXTAUTODAT1、AUTOPTRH2、AUTOPTRL2、EXTAUTODAT2、EP2BCH、EP2BCL

其中有些寄存器的设置需要连续设置多次，看似重复了，其实不然，这和设置的缓冲区数量有关。有些寄存器中间必须用SYNCDELAY来延时。这类寄存器FX2 TechRefManual.pdf上有说明。

对于EP0，用于系统握手，相关的寄存器操作基本上都由68013A的内核（SIE）来完成了。

对于EP1,分为OUT/IN两组配置和寄存器。

对于EP2～EP8,不分OUT/IN输入输出，主要有EP2CFG/ EP2FIFOCFG/ EP2BCH/EP2BCL寄存器。

7.3    什么是自动指针

自动指针是CYPRESS提供的一个非常有用的特性。在数据交互的过程中，很多时候都涉及到数据的搬迁，比如从EP2OUT收到的数据需要转发到EP6IN上（一些转换类设备）；再比如从RAM中拷贝数据到EP4IN上，传统的做法是申明两个指针，指向源和目的地址，然后用循环一个个字节拷贝，同时还要考虑增加指针地址，对于连续的空间这到不是问题，关键是如果数据需要拷贝到多个缓冲时，指针地址是循环的。这时候如果手工完成操作很容易出错。

因此CYPRESS提供了两组自动指针，用的时候一组指向源，一组指向目的地址。然后循环拷贝数据就行了，自动指针会自动指向下一个源或目的空间，不论是否是循环地址方式。这样减少了程序出错的几率。

下面的程序将EP2OUT接受到的数据拷贝到EP6IN发送出去：

     if(!(EP2468STAT & bmEP6FULL))

     {  // check EP6 FULL(busy) bit in EP2468STAT (SFR), core set's this bit when FIFO is full

        APTR1H = MSB( &EP2FIFOBUF );

        APTR1L = LSB( &EP2FIFOBUF );

        AUTOPTRH2 = MSB( &EP6FIFOBUF );

        AUTOPTRL2 = LSB( &EP6FIFOBUF );

        count = (EP2BCH << 8) + EP2BCL;

        // loop EP2OUT buffer data to EP6IN

        for( i = 0x0000; i < count; i++ )

        {

           // setup to transfer EP2OUT buffer to EP6IN buffer using AUTOPOINTER(s)

           EXTAUTODAT2 = EXTAUTODAT1;

        }

        EP6BCH = EP2BCH; 

        SYNCDELAY; 

        EP6BCL = EP2BCL;        // arm EP6IN

        SYNCDELAY;                   

        EP2BCL = 0x80;          // re(arm) EP2OUT

     }

  }

APTR1H/APTR1H通过MSB和LSB获取EP2FIFOBUF的高位地址和地位地址。

EXTAUTODAT1表示APTR1H/APTR1H指向的数据。

AUTOPTRH2/AUTOPTRL2通过MSB和LSB获取EP6FIFOBUF的高位地址和地位地址。

EXTAUTODAT2表示AUTOPTRH2/AUTOPTRL2指向的数据。

7.4    CYUSB和CYAPI的关系

以前68013上位机程序的编写过程中，应用程序端通过调用DeviceIoControl() API或CREATEPIPE() API与驱动进行交互，继而读写控制硬件设备，在新的68013A的驱动中采用了两种新的调用方法：

第一种是继续使用DeviceIoControl()函数读写，不同的是，IOCTL控制字和老驱动完全不同，具体定义参考CYUSB.PDF。用户可以通过这些底层API完成操作。

第二种是使用CYPRESS提供的面对对象的类，一共有9个类，调用这些类的方法就可以和硬件打交道。这些类是对第一种方法的封装，使用起来非常简便。

用户可以根据需要选择这两种方法或混合使用，使用时需要加上头文件CyAPI.h和cyioctl.h，另外在项目中还要引用CyAPI.lib。

7.5    同步和异步读写的比较

CYAPI提供了同步和异步读写方式。同步方式的时候调用线程阻塞在哪里，直到读写到数据或超时；异步方式的时候调用线程立即返回。具体实例参考CYAPI.PDF。

7.6    如何用C++ BUILDER写上位机程序

1）            首先确定使用7.4中的第几种方法，添加相应的头文件和库文件。

2）            连接USB设备，确保驱动已经被正确加载。

3）            编写收发数据线程。通过开发板上的LED或CYPRESS CONSOLE或BUS HOUND分析收发正确与否。

7.7    U盘如何正确加载驱动

在WINDOWS 2000/XP上U盘使用的PID/VID应该直接能加载操作系统默认的海量存储器的驱动程序。为了使用正确的PID/VID，可以通过以下途径：

1）            找一个现有品牌的U盘，看看他的PID/VID是何值。

2）            在注册表中查找海量存储器信息。

8.   其他问题

1）            编写上位机的时候要注意添加异常处理。

2）            调试上位机的时候，USB外设应正确连接。

3）            8051其他模块的编写请参考相应书籍。