AN2131QC芯片USB总线通信的开发

　　目前USB总线的芯片种类很多，主要有两种：一种是CPU集成USB控制器，例如EZ-USB AN2131，C8051F320 等；另一种是专用控制器，例如ISP1581，PDIUSB12，USB9602等。两者的选择主要是取决于USB外围设备的功能。本文主要以Cypress公司的AN2131QCL来说明USB控制设备的开发。

　　1　USB总线的网络配置

　　在USB总线网络中，只能有一个主机，一个主机通过USBHUB最多可以扩展127个USB外围设备。如果不通过HUB，那么USB总线的传输距离最好不超过5 m。图1是USB总线网络图。

　　从数据的传输流程可以知道，两个计算机无法直接通过USB总线进行通信。

　　2　AN2131QC的主要特点

　　 AN2131QC是基于USB1．1的外设通信控制芯片，主要特点：
　　（1）四时钟周期的8051内核。
　　（2）2个快速存储器到存储器的数据传送指针。
　　（3）扩展的中断，包含有多个USFB数据传输中断。　　
　　（4）8 k内部RAM，用于存放程序和数据，支持外部存储器。
　　（5）灵活的固件程序升级。
　　（6）32个输入输出管道，其中同步传输支持1 024 B长度数据传输。
　　（7）多种固件程序引导方式，方便的固件程序升级办法。

　　3 AN2131QC的数据传送方式

　　USB总线的数据传送是通过管道（PipLine）来完成的，主机发送IN令牌和OUT令牌，完成信息输入或输出。不同于CAN总线的固定地址分配，所有USB外围设备接入到总线时，地址由主机随机分配。

　　基于AN2131QC的设备接入主机后，信息交换是通过4种方式实现的：

　　（1）控制传输方式

　　主要作用是建立主机和USB外设之间的联系管道和USB外设的状态反映，不能用于传输信息数据。AN2131QC的端点0用于控制传输。

　　（2）块传输方式

　　主要用于传输长度不大于64个字节而且需要周期性传输的数据块，具有错误重发功能，可以动态地利用可获得的USB总路线带宽。

　　（3）中断传输方式

　　传输主式同块传输基本相同，但其主要用于发送或接收少量数据，而且并不经常进行传送的情况。AN2131QC的端点1～7可以进行块传输和中断传输。

　　（4）同步传输方式

　　可以一次传输长度不超过1 024 B的数据块，主要用于传输大批量的实时数据，例如音频数据，不支持错误重发。　　

　　4 AN2131QC的程序引导

　　AN2131QC内部没有ROM，因此程序只能在上电复 位时从外部导入，主要为以下几个途径：

　　（1）通过驱动程序，CYPRESS公司提供了工具将编译的固件HEX文件嵌入到驱动程序内，USB外围设备接入到总线后，主机自动将固件程序写入到EZ-USB内RAM，完成枚举和重枚举。
    （2）通过外部I2CE2PROM。将固件HEX文件通过“HEX2BIX-I-B2(TARGET).IIC(SOURCE).HEX”命令转换成IIC文件，用编程器或者“控制面板程序”写入到I2C器件。I2 C器件选用24LC64A或者24AA64，将其 A0管脚上拉到高电平，A1，A2接地。
　　（3）采用外部FLASHIROM和RAM。固件程序如果大于4 k，那么就要考虑用这种方式，注意EA上拉到高电平。

　　5 AN2131QC的电路配置

　　主机向外围USB设备提供的最大电流是500 mA，因此当USB外围设备电流消耗超过500 mA时，需外接电源。AN2131QC的工作电压是3．3 V，可以通过LDO芯片将5 V转换成3．3 V。

　　AN2131QC芯片的电路原理如图2所示，其中有几点要说明：
　　（1）芯片的5，6，13，14，72脚通过一个1 kΩ电阻接地，主要用于上电测试。
　　（2）无论I2C总线是否外接有器件，SCL和SDA管脚都应通过2．2 kΩ的电阻上拉。
　　（3）不能让WAKEUP管脚悬空。
　　（4）将USB＋和USB－通过2个24Ω电阻接到D＋和D－，可以抑制虚噪声信号和限制环流。[page]

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　　6 AN2131QC的固件程序开发

　　从CYPRESS公司网站，可以下载到“控制面板程序”和驱动程序，也可以得到开发例程。通过开发例程，我们可以总结出开发自己固件程序的框架，从而可以轻松完成USB外围设备的开发。

　　在建立固件程序框架后，根据地址分配，在KEILC51 编译器内设置编译连接地址，如果选用内部RAM，CODE地址设置为0x100，XDATA地址设置为0x1200。

　　（1）在DSCR．A51文件中设置外围设备配置信息和通信管道

　　在此文件内包含有USB外设的定义信息和通信管道，其中需要自己修改的东西是设备描述和通信管道。

　　StringDscr1和StringDscr2用于描述USB外设的种类和功能。

　　EpInDscr用于定义AN2131QC的输出端点，包括端点号（作为输入的端点号字节的最高位为“1”）、传输方式、数据包最大长度等。

　　EpOutDscr用于定义AN2131QC的输入端点，格式与EpInDscr相同，但端点号字节的最高位为“0”。

　　 （2）通信管道的初始化

　　在DSCR．A51文件内定义了端点号后，需要在初始化定义里使能相应的通信端点，下面的例子为输入端点2和输出端点2的初始化例程：

　　其中需要注意的是USBPAIR寄存器的初始化值，他用于设定相应端点的双输入输出缓冲区。在一些控制设备中需要实时获取USB外设的状态，但在使用双缓冲功能后，主机需要发送3个IN令牌，才能从外设取得最新的状态数据，因此在实时性要求比较高的情况下，应避免使用输入输出双缓冲功能。

　　（3）数据收发

　　USB外设向主机发送信息和获取信息都是以一个数据包为单位，数据包的长度可以随机改变，但不能超过前面端点定义的最大数据包长度。以输入端点2和输出端点3为例说明数据的收发过程。

　　向主机发送数据：输入端点2

　　if（（IN2CS＆0x02）！＝0x02））
　　 　　　　　　　　　　　　　　／／检查输出缓冲是否为空
　　
　　7 结语

　　在有些设备中，可能用AN2131QC作为USB通信，用其他功能强大的微处理器作数据处理，这样的配置有一个瓶颈就是AN2131QC与微处理器的输入输出数据交换问题，可以用双口RAM来解决，但这将使系统复杂，所以最好使用带有标准并行总线接口的USB控制器。在USB设备的开发过程中，驱动程序的开发也是同等重要。

参考文献

［1］AN2131QCDATABOOK．Cypress公司．
［2］EZ-USB_TRM. Cypress公司
［3］张弘．USB接口设计［M］．西安：西安电子科技大学出版社，1999．