基于FIFO写数据方式的USB接口信号发生器设计

陶彦辉，刘克毅

（新疆工程学院 机械工程系，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 FIFO写数据方式

FIFO写数据方式是重要的GPIF可编程接口数据模式传输方法。GPIF为内部通用可编程接口，其对外部FIFO或内部同步FIFO控制方法采用主机控制，即采用内部集成的控制逻辑实现对USB端点FIFO的控制。GPIF模式使用外部同步FIFO芯片时，数据传输速率达480Mb/s；GPIF模式使用USB自带的FIFO时，其传输速率也可达96Mb/s，所以GPIF模式极适用于高速数据传输。GPIF可编程接口模式内部端点的数据传输方式有：单字节读、写数据传输和FIFO读、写数据数据传输［1］。

FIFO写数据方式是通过USB芯片主机直接传输数据到芯片端点的数据缓冲区EPxFIFOBUF逻辑单元之中，继而再通过程序写入外部FIFO或内部FIFO逻辑。USB芯片FIFO写数据方式如图1所示。GPIF可编程接口模式中的FIFO写数据方式是通过时钟触发实现动作的，FIFO写数据方式触发时序图如图2所示。写波形图程序初始化设定GPIFADR

图1 USB芯片FIFO写数据方式

值为0x0000，随着IFCLK时钟的动作，FIFO逻辑中存储的信息将按时钟动作次序写入数据总线之中，同时数据指针将伴随着时钟的动作而自动增加，这个过程不断重复以便完成数据的连续写入。当FIFO逻辑中的数据写完后，GPIF可编程接口将会得到一个触发指令，使其处于空闲状态［2］。

2 FIFO写数据方式在USB接口波形发生器中的应用

2.1 硬件设计

硬件部分的主控芯片采用EZ－USB系列USB芯片CY7C68013，128脚封装，数据缓存使用CY7C68013自带的同步FIFO逻辑。D/A转换芯片使用8位DAC的MAX5384，参考电压为5V，USB接口供电。晶振选用24MHz有源晶振。

图2 FIFO写数据方式触发时序图

主控USB芯片在以FIFO写数据方式工作时必须采用GPIF模式接法，即需要连接USB芯片的GPIF可编程接口引脚。GPIF可编程接口的引脚FD0与模数转换模块MAX5384的引脚DIN连通；USB芯片内部同步FIFO逻辑中的数据将通过引脚FD0输送至MAX5384。GPIF可编程接口的引脚FIFOADR1与引脚CS连通，当FIFOADR1电压由低电平至高电平上升时，数模转换开始［3］。FIFO写数据方式信号发生部分电路连接如图3所示。

2.2 固件程序

USB芯片固件程序分为基本固件程序及GPIF波形图固件程序。基本固件程序由Keil uVision3编写，GPIF波形图固件程序由USB芯片的波形图设计软件GPIFDesigner编写［4］。

2.2.1 基本固件程序

FIFO写数据方式的基本固件程序核心部分是将数据由内部同步FIFO中写入到外部DA5384上，其主要代码如下：

图3 FIFO写数据方式信号发生部分电路连接

2.2.2 GPIF波形图固件程序

GPIF波形图固件程序的设计需按电路图中的USB芯片和D/A转换芯片连接方式完成软连接之后才能开始，GPIF Designer实现CY7C68013和MAX5384接口软连接。在GPIF Designer中利用FIFOWr项目完成FIFO写波形图固件程序。

2.3 上位机应用程序

上位机应用程序由VC＋＋开发，在VC＋＋程序中调用cyioctl控制函数的UsbOpenDriver（＆hDevice，DeviceName）打开USB设备接口端口，读取数据，并对数据进行处理。信号发生器程序有两个模块：信号产生模块和信号发送模块。信号产生模块主要是利用程序产生正、反锯齿形信号，正、余弦信号，方波信号和随机信号等。信号发送模块是将程序产生的信号数据发送至USB芯片。

2.3.1 信号产生模块

信号产生模块就是生成信号数据，信号数据由公式生成。其中方波信号生成程序的主要代码如下：

2.3.2 信号发送模块

信号发送模块的作用是将信号产生模块产生的数据发送至USB芯片中。信号发送模块主要是利用cyioctl控制函数方法［5］中的 DeviceIoControl（）函数来完成，主要程序代码如下：

3 结束语

采用示波器调试后，该虚拟仪器基本实现了电压信号的发生，利用USB接头电源虚拟仪器可以按设计要求发出正、反锯齿形信号，正、余弦信号，方波信号和随机信号等。虚拟仪器输出端输出的信号电压设计幅度值为0V～3.2V，输出的信号电压设计频率为6MHz。但设计中也存在一些缺陷，硬件部分没有考虑信号干扰问题，导致示波器调试时出现信号变形，产生信号的参数不可调，不能自定义信号，后续将在设计中增加自定义参数模块。

［1］陈莹.基于USB的数据采集系统研究与设计［D］.西安：西安科技大学，2011：10－12.

［2］钱峰.EZ－USB FX2单片机原理、编程及应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006.

［3］仝瑞普.基于slave FIFO模式USB数据传输系统设计与实现［D］.南京：南京理工大学，2008：19－26.

［4］兀颖.基于 USB 3.0的数据采集系统设计［D］.西安：中国科学院大学，2013：39－45.

［5］薛园园.USB应用开发技术大全［M］.北京：人民邮电出版社，2007.