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1 引言 全球定位系統(Global Positioning System，簡(jiǎn)稱(chēng)GPS)的反射信號(GPS—R)接收機根據海面的反射信號，結合電波對海面、海浪的散射理論，可獲得海面平均高度、浪高、海面風(fēng)力等信息，還可監測和分析高緯地區的冰層厚度、海洋鹽度等參數，因此，GPS-R是近十多年來(lái)迅速發(fā)展的一種空基海洋遙感技術(shù)，具有廣泛的應用前景。在設計GPS-R接收機時(shí)，為了減少重量．在機載和星載條件下不允許有顯示設備，而高緯地區一20℃的溫度會(huì )使液晶顯示器失效，這些都要求將采集、壓縮后的數據存儲到U盤(pán)或硬盤(pán)中，并帶回基站進(jìn)一步處理。 Texas Instruments(簡(jiǎn)稱(chēng)TI)公司的DSP具有高速運算性能，在數據采集與處理、工業(yè)控制和語(yǔ)音、圖像通信等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。通用串行總線(xiàn)(Universal Serial Bus，簡(jiǎn)稱(chēng)USB)是一種新型接口技術(shù)，具有設備自動(dòng)識別功能，可自動(dòng)安裝驅動(dòng)程序和配置，可支持不同速率的同步和異步傳輸方式，且接口體積小巧，可支持熱插拔和即插即用等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應用。由USB規范可以看到，在USB的拓樸中居于核心地位的是計算機主機，每一次的數據傳輸都必須由主機控制。但是，隨著(zhù)DSP應用領(lǐng)域的日益發(fā)展，USB外設的應用范圍也隨之擴大，因此迫切需要實(shí)現DSP對USB的外設控制。為此介紹了TMS320C6713的基本特點(diǎn)及USB嵌入式主控制器SL811HS的基本結構和性能，給出USB存儲系統的硬件連接圖和軟件設計方案。利用TMS320C6713的外設資源，系統實(shí)現與SL8lHS的連接，而且系統穩定性高。 2 硬件設計 2．1 主要器件介紹 TMS320C6000系列是TI公司推出的運算能力最強的處理器，它采用了VLIW的體系結構及流水線(xiàn)技術(shù)，具有兩級cache緩存結構，而且運行速度快，精度高。TMS320C6713是該系列的32位浮點(diǎn)DSP，其最高工作主頻可達300 MHz，處理速度高達2 400 MI／s，片上共有264 KBx8位存儲器，其中含有4 KBx8位L1Pcache,4：KBx8位L1Dcache和256 KBx8位L2RAM／cache：片上外設資源豐富，其中含有兩個(gè)McBSP、兩個(gè)McASP、兩組：I2C總線(xiàn)、一組GPIO、兩個(gè)32位通用定時(shí)器、一個(gè)16位主機接口HPI。此外，TMS320C6713還有32位的EMIF總線(xiàn)，分為4個(gè)存儲空間(CE0～CE3)，每個(gè)存儲空間的尋址范圍為256 M字節，可訪(fǎng)問(wèn)8位、16位或32位數據寬度，每個(gè)空間均可與SDRAM，SBSRAM及異步外設實(shí)現無(wú)縫接口。 設計中，采用EMIF總線(xiàn)控制SL811HS。該器件是Cypress公司推出的遵循USBl．1規范的具有主／從兩種工作模式的USB控制器，支持微處理器、微控制器或DSP的USB接口設計，可按DSP的要求自動(dòng)將數據整合為USB協(xié)議數據包傳輸的數據。其特點(diǎn)是：①基于內部集成的全／低速傳輸引擎(SIE)所產(chǎn)生的USB串行接口功能，可自動(dòng)檢測總線(xiàn)速率．支持全速12 Mb／s和低速1．5 Mb／s設備；②具有8位雙向數據總線(xiàn)，能較為簡(jiǎn)單地與DSP連接。片內256字節的SRAM用于數據傳輸和支持乒乓操作，其中16字節用于工作寄存器；③自動(dòng)產(chǎn)生SOF和CRC5／16，簡(jiǎn)化軟件工作量；④在完成傳輸事務(wù)或有外部設備接入時(shí)中斷寄存器觸發(fā)中斷，通過(guò)寫(xiě)入中斷寄存器可清除中斷；⑤為提高電路的穩定性，時(shí)鐘發(fā)生器外接48 MHz晶體振蕩器，其工作電源為3.3 V，接口可承受5 V的工作電壓，并可與多種器件相連。 圖1給出SL811HS的原理框圖。與目前的ARM+內嵌USB、FPGA+操作系統+內嵌USB接口相比，因它是由DSP控制的嵌入式主控制器，可以快速存儲數據，能最大限度地利用DSP的外設資源，適合非PC設備的應用。 2．2 系統硬件接口設計 設計中使用TMS320C6713控制SL811HS存儲數據。圖2給出其總體硬件框圖。其中，電源部分可產(chǎn)生3．3 V和5 V電壓：數據采集部分采集數據，然后將數據送至TMS320C6713進(jìn)行相應的算法處理。Flash ROM器件采用SST39IF800A，將初始化、算法和控制程序燒寫(xiě)到ROM內，上電后即可初始化CSL和各寄存器。采用HY57V641620HGT一7作為SDRAM，用于暫存經(jīng)過(guò)處理壓縮后的數據。 圖3給出SL811HS與TMS320C6713的硬件連接原理圖。使用EMIF總線(xiàn)中第2個(gè)存儲空間CEl，其數據總線(xiàn)低8位EDO～ED7與DO"D7相連；EA2與A0相連；讀寫(xiě)信號、復位信號及中斷信號與TMS320C6713相應的信號位相連，其中SL81lHS外接48 MHz晶體振蕩器。 圖4給出TMS320C6713存儲空間分配表。由圖4可知，存儲空間CEl的地址范圍是0x90000000"0xA0000000，因此可設定TMS320C6713地址總線(xiàn)經(jīng)CPLD相關(guān)編碼后SL811HS的片選地址是0x90080006，HOST USB數據寄存器的存儲空間為0x90080006。地址寄存器為0x90080007。 3 軟件設計 軟件設計含有初始化和驅動(dòng)兩部分程序。前者用于完成芯片支持庫(Chip Support Library，簡(jiǎn)稱(chēng)CSL)提供的標準方法．以訪(fǎng)問(wèn)和控制片上外設設備的初始化、軟件變量的初始化及使能中斷(總中斷、NMI中斷)等。TMS320C6713控制SL811HS對U盤(pán)操作的軟件設計分為：①針對SL811HS編寫(xiě)USB主機控制器驅動(dòng)程序；②系統調用驅動(dòng)程序，以完成U盤(pán)數據讀寫(xiě)的應用程序。 3．1 USB設備的配置 在設備檢測階段，SL8llHS通過(guò)讀取中斷狀態(tài)寄存器判斷中斷類(lèi)型。當中斷類(lèi)型為檢測到設備插入時(shí)(U盤(pán)插入USB插座會(huì )產(chǎn)生中斷)，配置USB設備即U盤(pán)。同時(shí)還需使能SL811HS的1 ms SOF，以便進(jìn)行數據幀的同步。此時(shí)，可通過(guò)setup結構的數據包(8字節)向USB設備的控制端點(diǎn)O(默認控制端點(diǎn)和默認地址)發(fā)送命令。 當采用setup數據包配置U盤(pán)時(shí)，需將U盤(pán)的地址寫(xiě)入SL811HS的寄存器4；將數據包的類(lèi)型和U盤(pán)的控制端點(diǎn)寫(xiě)入SL811HS的寄存器3。U盤(pán)配置過(guò)程的主要流程如圖5所示。在U盤(pán)的配置過(guò)程完成后，主機與USB設備之間的通信必須使用設置的地址。默認地址0不再有效，傳輸端點(diǎn)則為讀取配置描述符中所定義的端點(diǎn)號。 3．2 傳輸流程設計 在與U盤(pán)之間傳輸大量數據時(shí)，需要利用描述符提供的In，OUt端點(diǎn)傳送數據，并遵循Bulk—Only傳輸協(xié)議．其傳輸過(guò)程一般分為3個(gè)階段。 根據USB的協(xié)議規范，所有的傳輸都需由DSP啟動(dòng)．即TMS320C6713首先向設備的OUT端點(diǎn)發(fā)送一命令(CBW數據包)，請求傳輸，在數據包中設定下一步的數據傳輸方向。若為設備到TMS320C6713，則當CBW發(fā)送成功后，從設備的IN端點(diǎn)讀取CBW中規定長(cháng)度的數據；若為T(mén)MS320C6713到設備，則當CBW發(fā)送成功后，向設備的0UT端點(diǎn)發(fā)送CBW中規定長(cháng)度的數據。 當TMS320C6713與設備之間的數據傳輸完畢后，TMS320C6713還需從設備的IN端點(diǎn)讀取傳送狀態(tài)，然后TMS320C6713根據接收的握手包(ACK，NAK，STALL等)即可判斷通信是否正常。若返回的結果有錯誤，還需進(jìn)行相應的出錯處理。 U盤(pán)數據結構包括DBR(系統引導記錄)、FAT表、文件目錄表(FDT)。當寫(xiě)一新文件時(shí)，需在FAT表中查找未使用的簇，并將該簇號寫(xiě)入文件所對應目錄數據結構中的起始簇號位置。當該文件長(cháng)度大于一簇時(shí)，還需在FAT表中對應的起始簇號位置填入下一可用簇的簇號，直到文件的最后一簇(FAT表中的相應位置填FFFF)為止。若磁盤(pán)有備份FAT，還需在備份FAT表的相應位置填入正確的內容。 使用U盤(pán)的Bulk端點(diǎn)進(jìn)行數據傳輸，Bulk傳輸分為Bulk-In(TMS320C6713向外圍設備請求數據)和Bulk-Out(TMS320C6713向外圍設備發(fā)送數據)。先發(fā)送令牌包(CBW包)，再發(fā)送數據包，若發(fā)送或接收正確，則返回握手包．一次事務(wù)傳送成功。在事務(wù)傳送過(guò)程中，DATAO和DATAl是交替使用的。圖6給出一般傳輸流程。 3．3 系統速度分析 塊傳輸適合傳輸大量且對傳輸時(shí)間和傳輸速率均無(wú)要求的數據。當USB總線(xiàn)帶寬緊張時(shí)，它會(huì )為其他傳輸類(lèi)型讓出所占用的幀／小幀時(shí)間，而其本身將被延遲，這時(shí)傳輸速率很低，占用的傳輸時(shí)間也很長(cháng)；當USB總線(xiàn)空閑時(shí)，它能以很快的速度傳輸，其傳輸時(shí)間也很短。所以塊傳輸可發(fā)送大量的數據而不會(huì )堵塞USB總線(xiàn)，但其傳輸時(shí)間和傳輸速率卻得不到保證。另外，影響傳輸速度的因素很多，如指令讀取時(shí)間、執行時(shí)間，主機響應時(shí)間及數據傳輸時(shí)間等，但因采用了功能強大的DSP，其頻率配置為200 MHz。因此，能大大提高指令讀取執行和主機的相應時(shí)間。對存儲速度進(jìn)行了仿真測試，其結果表明基本達到了設計要求。 4 結語(yǔ) 使用USB主機接口控制器SL811HS實(shí)現了對U盤(pán)的讀寫(xiě)，大大降低了系統硬件設計的復雜度和系統調試的難度。同時(shí)提高了系統的集成度和穩定性，減小了系統的體積和功耗。若采用諸如FIFO類(lèi)提高傳輸速度的措施．可為數據采集系統存儲大容量數據提供一種通用、方便和可靠的解決方案。若采用支持USB2．0協(xié)議的器件，可大大提高傳輸速度．為數據分析提供有利手段。在野外采集數據時(shí)。該技術(shù)能盡量存儲所需的信息，因此它的應用前景十分看好。 |
