以ADSP—BF533为例详解DSP的USB主从通信设计方案
blackfin处理器是基于由美国模拟器件公司（adi）和intel公司联合开发的微信号架构（msa）的首款第4代dsp产品，它是adi公司16 位产品的一个大系列。本文所用到的adsp一 bf533是blackfin系列处理器的典型代表。
采用spi接口协议实现了sports口与ch376的通信。描述了一种基于usb主从接口芯片ch376与blackfin533的通信设计方案，包括sports口的接口配置、usb模块的硬件设计、驱动程序、ch376芯片的驱动程序等。实现了dsp对usb存储设备的读写访问，以及计算机与dsp的通信，实验表明，整个设计可实现对u盘的快速读写，并方便与pc机进行通信。
1 设计原理
模块主要实现dsp与计算机的通信及数据的存储。基于dsp的usb主从双向通信设计方案，通过adsp bf533 sports模拟spi口，完成adsp与ch376的通信，实现dsp与pc机、dsp与u盘的双向通信以及两种方式的自由切换，图1为系统总体框图。
2 芯片介绍
2．1 ch376芯片
ch376是南京沁恒公司生产的一种文件管理控制芯片。ch376支持usb设备方式和usb主机方式，且内置了usb通讯协议的基本固件、处理mass—storage海量存储设备的专用通讯协议固件、sd卡的通讯接口固件、fat16和fat32以及fat12文件系统的管理固件，支持常用的usb存储设备和sd卡。
ch376支持3种通讯接口：8位并口、spi接口或异步串口。单片机／dsp／mcu／mpu等控制器可通过上述通讯接口控制ch376芯片，存取u盘和sd卡中的文件或与计算机通讯。
2．2 adsp—bf533芯片
adsp—bf533处理器是blackfin系列产品之一，是为满足嵌入式音频、视频和通信应用的计算要求和低功耗条件而设计的新型16位嵌入式处理器。其基于由adi和intel公司联合开发的微信号架构（microsignalarchitecture，msa），将一个32位risc型指令集和双16位乘法累加（mac）信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性相组合。adsp—bf533处理器具有丰富的外设资源，包括一个uart口、一个spi口、两个串行口（sports）和pf口等。
blackfin533有两个相同的同步串口sport0和sport1。这两个串口支持各种串行数据通信协议。图2是sport的简化框图。将要发送的数据，从内部寄存器写入sport、的存储器映射寄存器sportx_tx中。根据选择，此数据可由硬件进行压扩后自动传送至移位寄存器，也可不执行硬件压扩。移位寄存器的位从sport的dt引脚移出，最高位或最低位在前均可，并与tclk引脚的时钟同步。sport的接收部分从dr接收数据，并与串行时钟同步。接收一个完整字后，数据展开的同时自动传送到sport的存储器映射寄存器sportx_tx中，该寄存器可被处理器访问。
3 硬件设计
ch376总是从spi时钟sck的上升沿输入数据，而允许输出是从sck的下降沿输出数据，数据位顺序是高位在前，记满8位1byte。dsp按spi输出方式发出1 byte数据，ch376将spi片选scs有效后收到的首个字节当作命令码，后续字节当做数据。写操作时，dsp向ch376发出1 byte的待写数据，等待spi接口空闲后，dsp继续发出若干个字节的待写数据，ch376依次接受，直到dsp禁止spi片选；读操作时，dsp从ch376接收1 byte数据，等待spi接口空闲后，dsp继续从ch376接收若干个字节的数据，直到dsp禁止spi片选。图3是spi接口的逻辑时序图，前一个发出命令12h并写入数据34h，后一个是发出命令28h并读出数据78h。
为实现dsp的usb主从双向通信设计方案，现将dsp的sports接口模拟spi接口并与支持spi接口通信模式的设备进行通信。主模式下spi接口需要4个信号：数据输入（miso），数据输出（mosi），时钟（sck）和片选（／spiss）。这4个信号其中有3个和sports接口相对应：（1）mosi对应sports口的传输引脚（dtxpri）。（2）miso对应sports口的接受引脚（drxpri）。（3）sck对应sports口的时钟引脚（tsclkx／rsclkx）。
spi接口中未与sports接口对应的引脚信号就是片选信号。片选信号（／spiss）在spi接口中用作时钟sck的选通。作为一个spi从设备，只有片选／spiss被拉低，响应才在时钟信号sck的边沿发生，一旦设备被使能通信开始，sports主接口就会产生一个持续的时钟。要将sports口模拟spi口，正确的时序和片选／spiss信号是重点。tfs被配置成低时，同一周期内数据被放置在sports的发送引脚dtxpri上，且在数据的传输过程中tfs信号始终被拉低，直到新的数据开始传输，这恰好与spi接口的／spiss信号一致。反之作为从模式下，也一样。因此用sports接口的同步时序信号模拟／spiss片选信号即可满足要求。硬件连接如图4所示。
系统硬件电路如图5所示，系统将ch376配置为串行通信方式，使用sport1口，dsp主模式时，数据流通过blackfin533的sport1口，经上述配置方式模拟spi通信方式与ch376模块spi口进行通信，在经过外部usb端口时ch376以usb—host的方式来访问u盘，反之，dsp从模式时，pc机通过usb端口，ch376以usb—slave的方式与blackfin533进行通信。
ch376芯片的scs引脚由dsp的sport口帧同步引脚tfs和rfs驱动，sck由dsp得sport发送和接受时钟输出引脚tsclk和rsclk驱动，sdi引脚由dsp得sport数据输出引脚dtxpri驱动，sdo引脚则连接到dsp的sport数据输入引脚drxpri。
ch376芯片的配置，电容c2用于内部电源节点退耦从而降低usb传输过程中的emi，晶体x1是振荡电路，用于向ch376提供系统时钟信号，p1是usb端口，电阻r1用于限制输出给外部usb设备的电流，c1主要用于减少在usb设备刚插入时的电源电压纹波。关于blackfin533的外围电路配置可参考adi官方设计手册。
4 软件设计
ch376s对u盘的读写分为扇区模式和字节模式两种。扇区模式以扇区为单位，对u盘文件进行读写，其读写速度快，但通常需要额外的缓冲区。字节模式以字节为单位对u盘文件进行读写，读写速度慢，通常用作小数据量的读写，但使用较为方便。
系统软件流程如图6所示，dsp判断用户选择写u盘操作或上位机操作。当选择读取u盘操作时，首先初始化ch376芯片，通过循环不断检测u盘是否连接就绪，u盘就绪后，创建文件名，并将数据写入文件，同时关闭文件，进入到开始。当选择上位机操作，通过usb数据线，将系统连入pc机，首先初始化ch376芯片，dsp判断上位机软件是否发出操作命令，若发出的是命令控制字，则执行相应的操作，并继续判断上位机是否发出命令字；若发出的命令是交出控制权，则系统恢复本地控制，并进入到开始。
5 实验测试
整个系统设计的测试主要分为u盘测试和上位机测试。
选择usb从接口模式，测试工具为usb设备ch372或ch375调试工具，由于在上位机程序中定义#define uread_data 0x80，所以在调试工具中，设置端口下传数据为接收数据命令即80。实验结果表明，在端点上传中成功接收0～3f，共64个数据。实验结果如图7所示。
6 结束语
设计从硬件和软件两方面对基于adsp-blackfin533 sports口的usb主从接口设计进行了详细论述，其具有传输速度快、结构简单、操作方便及传输数据量大等优点。经测试，性能稳定可靠，可广泛应用于各种实际场合。
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