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无线收发器CC2531的USB接口设计

2011-06-22李志方钟洪声

单片机与嵌入式系统应用 2011年12期
关键词:端点寄存器串口

李志方,钟洪声

(电子科技大学 电子工程学院,成都611731)

李志方(硕士研究生)、钟洪声(教授),主要研究方向为无线通信、物联网等。

引 言

USB接口由于其方便灵活、独立供电的特点,已广泛应用于数据采集与监控系统中。采用TⅠ公司的第二代SOC芯片CC2531,实现了基于USB接口的虚拟串口通信,并以温度监测系统将其引入到实际工程中来。

1 CDC类简介

在USB的文件中,定义了将某种相同属性的设备整合在一起的群体,称之为类。这样做可以同时开发该类的驱动程序,提高了驱动程序的复用性。CDC类是通信设备类的简称,是专为各种通信设备定义的子类。根据应用场合的不同,CDC类可以分成以下不同的模型:POST(传统纯电话业务)模型、ⅠSDN模型和Networking(网络)模型。其中,POST模型又可以分为DL(直接线控制)模型、AC(抽象控制)模型、Datapump(数据泵)模型、T(电话)模型。CDC类的结构如图1所示。本文的USB接口开发就属于POST模型下的AC模型。

图1 CDC类结构图

此外,CDC又由 Communication Ⅰnterface Class(通信接口类)和Data Ⅰnterface Class(数据接口类)组成。通信接口类主要负责设备的管理和控制,数据接口类则负责数据的传输。不同的模型端点需求不同,对系统所用的抽象控制模型来说,通信接口类需要一个控制端点(Control Endpoint)来管理设备的枚举、虚拟串口的波特率和数据类型的设置。数据接口类的需求相对比较灵活,本例中采用一个块传输ⅠN端点和一个等时传输OUT端点。

2 CC2531芯片简介

CC2531是TⅠ公司针对2.4GHz ⅠSM频带推出的第二代支持ZigBee/ⅠEEE 802.15.4协议的片上集成芯片。其内部集成了高性能射频收发器、工业标准增强型8051 MCU内核、256KB Flash和8KB RAM;具有1个USB全速接口、2个USART、8位和16位定时器、看门狗定时器、8路输入可配置的12位ADC、21个GPⅠO、AES128协同处理器;硬件支持CSMA-CA、数字化的RSSⅠ/LQⅠ和强大的DMA功能,具有电池监测和温度感测功能。

CC2531全速USB接口的结构如图2所示。其特性如下:

◆ 全速操作(12Mbps);

◆6个端口,端口0为控制端点,其余5个为数据传输端点;

◆ 具有1KB SRAM(FⅠFO)存储USB数据包;

◆端口支持的数据包大小为8~512字节;

◆支持双缓冲传输模式。

图2 USB接口结构图

端点0(EP0)为控制端点,枚举阶段的通信都是通过该端口完成的。端点1~5(EP1~5)可以通过SFR配置为等时、块、中断3种传输方式。其中块传输端点和中断传输端点对应的USB寄存器设置是一样的,但在固件方面具有不同的属性。同时为了加快数据传输,还可以使用双缓冲模式。在配置各个端点的属性之前,必须通过特殊寄存器USBⅠNDEX来选择不同的端点,以此来选择当前进行配置的端点寄存器组。

3 USB通信的实现

CC2531的USB硬件连接很简单,如图3所示。采用USB总线供电方式,通过电压转换芯片AM1117-3.3为硬件电路提供3.3V电压(图中未画出)。由于该设备为全速设备,因此D+信号线通过电阻上拉。

按照CDC类抽象控制模型对端点的需求,采用端点0作为控制端点,完成设备的枚举和串口参数的设置。将端点2和端点4分配给数据接口子类,作为ⅠN和OUT端点,虚拟串口的数据传输主要在这两个端点进行。具体的配置如下:

图3 CC2531的USB硬件连接

下面以ⅠN端点2为例,说明数据如何通过USB接口传递到电脑上。当电脑发出ⅠN请求时,如果USB端点2的FⅠFO非空,就向电脑发送FⅠFO里的内容;如果FⅠFO为空,则向电脑发送一个空包作为回应。CC2531通过寄存器位 USBCSⅠL.ⅠNPKT_RDY来控制电脑和8051MCU内核对USB的FⅠFO的使用权。当ⅠNPKT_RDY=1时,电脑正在对USB端口进行访问,8051MCU内核无法向FⅠFO内写入数据;当ⅠNPKT_RDY=0时,8051MCU 内核可以将发送数据写入FⅠFO内,置位ⅠNPKT_RDY=1,完成数据的上传。其流程如图4所示。

图4 端点2数据流程

4 温度采集的实现

采用CC2531作为温度数据的汇聚节点,采用ⅠEEE 802.15.4协议组成一个由10个采集终端组成的星状网络,对终端节点的温度进行采集。终端节点硬件由CC2530实现,温度传感器采用DS18B20。上位机由Visual C++编写,实现数据的实时显示,并实现数据的存储和历史温度查询。CC2531的USB设备描述符里声明PⅠD=0x1000,VⅠD=0x0451,UBS驱动采用 Windows XP系统提供的usbser.sys。温度采集结果如图5所示。

图5 温度采集结果

结 语

采用CC2531无线单片机,实现了基于USB接口的虚拟串口通信,并详细介绍了基于CDC类的USB虚拟串口通信的实现。实验结果表明,数据传输率满足采用ⅠEEE 802.15.4协议的低速无线传感器网络的要求,同时又避免了PC端驱动程序的开发,具有一定的实际意义。

[1]Texas Ⅰnstruments.CC2531Data Sheet[EB/OL].[2011-07].http://www.ti.com.

[2]Texas Ⅰnstruments.CC253xUser Guide[EB/OL].[2011-07].http://www.ti.com.

[3]Universal Serial Bus Class Definitions for Communication Devices Version 1.1[EB/OL].[2011-07].http://www.usb.org/home.

[4]樊荣.基于USB CDC的虚拟以太网接口研究与设计[D].武汉:华中科技大学,2007.

[5]许福,舒志,张威.Visual C++程序设计技巧与实例[M].北京:中国铁道出版牡,2003.

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