此博客转自CSDN：http://blog.csdn.net/xx116213/article/details/50535682
这个博客只对自己理解CY7C68013的配置有一定的帮助，对于配置CY7C68013，使其与FPGA通信，还是官方给的文档AN61345以及附件代码更详细直观。
1 USB 概述
USB名称解释
USB是通用串行总线（Universal Serial Bus）的缩写。能过在计算机运行过程中随意地接入，并且立刻就能投入工作，那么这样的特性叫做即插即用PnP（Plug and Play）。由于USB是主从模式的结构，设备与设备之间、主机与主机之间不能互连。为了解决这个问题，出现了USB OTG（On the go），它的做法：同一个设备，在不同场合下可以在主机与从机之间切换。
USB系统组成
usb系统的三个组成：Host、HUB和Device。
- Host：主控器，能读写usb设备的设备。例如插有U盘的电脑，那么PC就是主控器。
- HUB：扩充USB接口。
- Device(USB Device)：如硬盘、打印机、U盘等。
USB设备组成
每一个USB设备由一个或多个配置来控制其行为，使用多配置原因是对操作系统的支持；一个配置是由接口（Interface）组成；接口则是由管道（Pipe）组成；管道是和USB设备的端点（Endpoint）对应，端点都是输入输出成对的。在固件编程中，USB设备、配置、接口和管道都来描述符来报告其属性。
一个端点（Endpoint）建立一个管道。管道的端点总是成对出现，即In Endpoint和Out Endpoint。端点0默认为控制管道，其它端点可以配置成数据管道。一个具体的端点，只能工作在一种传输模式下。
- In Endpoint：由device向Host发送数据的端点。
- Out Endpoint：由Host向device发送数据的端点。
USB传输速度
USB1.0和USB1.1版本中，只支持1.5Mb/s的低速（low-speed）模式和12Mb/s的全速模式。在USB2.0种，又加入了速度更快（480Mb/s）的高速模式。而USB3.0的最大传输带宽高达5.0Gbps（625MB/s）。
USB可扩展设备
USB1.1规定最多为4层，USB2.0规定最多为6层。理论上，一个USB主控制器最多可接127个设备，这是因为协议规定每个USB设备具有一个7 bit的地址（取值范围0~127），而地址0是保留给未初始化的设备使用。
USB传输类型
虽然USB定义了数据在总线上传输的基本单位是包，但是我们还不能随意地使用包来传输数据，必须按照一定的关系把这些不同的包组织成事务才能传输数据。
事务通常由两个或者三个包组成：令牌包，数据包和握手包。
- 令牌包用来启动一个事务，总是由主机发送。
- 数据包传送数据，可以从主机到设备，也可以从设备到主机，方向由令牌包来制定。
- 握手包的发送者通常为数据接收者，当数据接收正确后，发送握手包。设备也可以使用NAK握手包来表示数据还未准备好。
USB协议规定了4种传输类型：批量传输、等时传输（同步传输），中断传输和控制传输。其中，批量传输、等时传输、中断传输每传输一次数据都是一个事务；控制传输包括三个过程，建立过程和状态过程分别是一个事务，数据过程则可能包含多个事务。4种数据传输的相关特性（仅限USB1.1协议）如下表。
| 传输模式 | 中断传输Interrupt | 批量传输Bulk | 等时传输ISO | 控制传输Control |
|---|---|---|---|---|
| 传输速率/Mbps | 12（1.5，低速） | 12 | 12 | 1.5/12 |
| 数据的最大长度/Byte | 1~64（1~8，低速） | 8/16/32/64 | 1~1023 | 1~64（1~8，低速） |
| 数据周期性 | 有 | 没有 | 有 | 没有 |
| 发送错误重传 | 是 | 是 | 否 | 是 |
| 应用设备 | 鼠标键盘 | 打印机 | 语音 | |
| 可得到的最大宽度/Mbps | 6.762（0.051低速） | 9.728 | 10.240 |
批量传输使用批量事务传输数据。一个批量事务由三个阶段：令牌包阶段，数据包阶段和握手包阶段。每个阶段都是一个独立的包。批量传输通常用于数据量大，对数据的实时性要求不高的场合。
USB2.0 数据帧
USB2.0和USB1.1规范的最大不同就是数据帧。在USB1.1规范中，USB数据采用每毫秒一个数据帧的方式进行数据传输，在毫秒数据帧的开始，USB主机首先产生帧开始（SOF）数据包，并传输当前数据帧号，后面是传输数据。对于USB2.0规范，为了支持480Mbps高速传输速度，USB2.0提出了微帧的概念，每毫秒数据帧又包含8个微帧。
USB2.0 端点缓冲区
| 传输类型 | USB1.1数据包大小 | USB2.0数据包大小 |
|---|---|---|
| 控制传输 | 8,16,32,64 | 64 |
| 批量传输 | 8,16,32,64 | 512 |
| 中断传输 | 1~64 | 1024 |
| 等时传输 | 1023 | 1024 |
2 CY7C68013与FPGA
官方资料AN61345 提供了一个示例项目，用以通过从设备 FIFO 接口将 FX2LP 连接至 FPGA。示例实现中描述的接口为各个应用执行高速度的 USB 连接事项，如数据采集、工业控制和监控以及图像处理。
可以通过两个不同的模式将 FX2LP 连接至 FPGA。这两个模式分别为通用可编程接口（ GPIF）模式和从设备 FIFO模式。
2.1 硬件连接
| 引脚名称 | 说明 |
|---|---|
| SLRD | SLRD 引脚应由主设备激活，用以从 FIFO 读取数据。 |
| SLWR | SLWR 引脚应该由主设备激活，以将数据写入到 FIFO 内。 |
| SLOE | 是指 FIFO 输出驱动器的使能信号。 |
| FIFOADR[1:0] | 这些信号用于选择有效的端点。 |
| FD[15:0] | 16 位数据总线 |
| FLAGA/FLAGB/FLAGC/FLAGD | FIFO 使用这些标志来表示各种状态（满、空、可编程）。 |
| IFCLK | 是指与从设备 FIFO 接口同步的时钟。在本应用笔记所提供的设计中，该时钟的频率被配置为 48 MHz，并由连接至 FX2LP 的 FPGA 生成。 |
| CLKOUT | FX2LP 的 CLKOUT 引脚可以提供的时钟频率分别为 12、 24 或 48 MHz |
2.2 固件的实现
利用Cypress Suite USB提供的资源，在此基础上修改例程。
FX2LP固件 
Fw.c 文件包含 main 函数。它执行了 USB 维持的大部分操作（如进行枚举），并且每当需要自定义时，它将调用应用代码（ Slave.c）中特定名称的外部函数。一般情况下，不需要修改 Fw.c 文件。执行各个日常操作的步骤后，该函数将调用 Slave.c 所提供的外部函数，即 TD_init。（前缀TD 表示“任务调度” 。然后，它进入一个无限循环，以通过 CONTROL 端点 0 检查 SETUP 数据包的到来。该循环还会检查 USB 暂停事件，但从设备 FIFO 应用不会使用该循环。每次进入该循环时，该函数都将调用 Slave.c 文件中提供的外部函数 TD_Poll。 TD_Poll 函数用于同步化 FPGA 和 FX2LP 间所传输的数据。开始传输数据时，由于 FIFO 被配置为自动模式，因此该函数不会进行任何操作。
每个 USB 外设通过它们的 CONTROL 端点接收两个请求类型：枚举和操作。
枚举
当 与 USB 器 件 连 接 时 ， 主 机 PC 将 发 送 多 个GET_DESCRIPTOR 请求以确定器件类型及其要求。这些操作属于枚举过程的一部分。 fw.c 代码截取这些请求，并通过使用 dscr.a51 文件中所存储的数值处理请求。
操作
需要用户代码时， fw.c 将调用一个带有特定名称前缀为 DR（器件请求）的外部函数（存储在 Slave.c 文件中）。对于从设备 FIFO 这种简单的应用，只会使用一个配置和一个接口。因此， 图 14 中所显示的两对 DR_Set-Get 函数只存储由主机发送的“ Set” 值，并在主机发出“ Get” 请求时对该值进行随路。对于更加复杂的配置，您可以使用这些 DR调用（ “ hooks” ）更改摄像机的分辨率或将请求路由到两个不同的接口等。
固件代码
#pragma NOIV // Do not generate interrupt vectors
#include "fx2.h"
#include "fx2regs.h"
#include "fx2sdly.h" // SYNCDELAY macro extern BOOL GotSUD; // Received setup data flag
extern BOOL Sleep;
extern BOOL Rwuen;
extern BOOL Selfpwr; BYTE Configuration; // Current configuration
BYTE AlternateSetting; // Alternate settings //-----------------------------------------------------------------------------
// Task Dispatcher hooks
// The following hooks are called by the task dispatcher.
//-----------------------------------------------------------------------------
void TD_Init( void )
{ // Called once at startup CPUCS = 0x10; // CLKSPD[1:0]=10, for 48MHz operation, output CLKOUT PINFLAGSAB = 0x08; // FLAGA - EP2EF
SYNCDELAY;
PINFLAGSCD = 0x60; // FLAGD - EP6PF
SYNCDELAY;
PORTACFG |= 0x80;
SYNCDELAY;
IFCONFIG = 0xE3; // for async? for sync?
SYNCDELAY;
CPUCS |= 0x02; // EP4 and EP8 are not used in this implementation...
EP2CFG = 0xA0; //out 512 bytes, 4x, bulk
SYNCDELAY;
EP6CFG = 0xE0; // in 512 bytes, 4x, bulk
SYNCDELAY;
EP4CFG = 0x02; //clear valid bit
SYNCDELAY;
EP8CFG = 0x02; //clear valid bit
SYNCDELAY; SYNCDELAY;
FIFORESET = 0x80; // activate NAK-ALL to avoid race conditions
SYNCDELAY; // see TRM section 15.14
FIFORESET = 0x02; // reset, FIFO 2
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x04; // reset, FIFO 4
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x06; // reset, FIFO 6
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x08; // reset, FIFO 8
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x00; // deactivate NAK-ALL // handle the case where we were already in AUTO mode...
// ...for example: back to back firmware downloads...
SYNCDELAY; //
EP2FIFOCFG = 0x00; // AUTOOUT=0, WORDWIDE=0 // core needs to see AUTOOUT=0 to AUTOOUT=1 switch to arm endp's
SYNCDELAY; //
EP2FIFOCFG = 0x11; // AUTOOUT=1, WORDWIDE
SYNCDELAY; //
EP6FIFOCFG = 0x0D; // AUTOIN=1, ZEROLENIN=1, WORDWIDE=1
SYNCDELAY;
} void TD_Poll( void )
{ // Called repeatedly while the device is idle // ...nothing to do... slave fifo's are in AUTO mode... }
TD_Init
该函数执行以下操作:
- 将 8051 时钟频率设置为 48 MHz。
CPUCS = 0x10;
……
CPUCS |= 0x02;
- 配置 FIFO 标志输出。 FLAGA 被配置为 EP2 OUTFIFO 的空标志， FLAGD 被配置为 EP6 IN FIFO可编程标志（官方的例程：配置为EP6 IN FIFO 的满标志）。
PINFLAGSAB = 0x08; // FLAGA - EP2EF
SYNCDELAY;
PINFLAGSCD = 0x60; // FLAGD - EP6PF
SYNCDELAY;
- 对从设备 FIFO 接口进行配置，使之使用 48 MHz 大小的内部时钟。
IFCONFIG = 0xE3;
- 将 EP2 配置为 BULK-OUT 端点，并将 EP6 配置为BULK-IN 端点。该两个端点均为四倍缓冲，并使用512 字节的 FIFO。由于本设计中没有使用 EP4 和 EP8，所以它们均被取消激活。
EP2CFG = 0xA0; //out 512 bytes, 4x, bulk
SYNCDELAY;
EP6CFG = 0xE0; // in 512 bytes, 4x, bulk
SYNCDELAY;
EP4CFG = 0x02; //clear valid bit
SYNCDELAY;
EP8CFG = 0x02; //clear valid bit
SYNCDELAY;
- 复位 FIFO。
FIFORESET = 0x80; // activate NAK-ALL to avoid race conditions
SYNCDELAY; // see TRM section 15.14
FIFORESET = 0x02; // reset, FIFO 2
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x04; // reset, FIFO 4
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x06; // reset, FIFO 6
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x08; // reset, FIFO 8
SYNCDELAY; //
FIFORESET = 0x00; // deactivate NAK-ALL
SYNCDELAY;
- 分别将端点 2 FIFO 和端点 6 配置为自动输出模式和自动输入模式，同时使用 16 位接口。
EP2FIFOCFG = 0x00; // AUTOOUT=0, WORDWIDE=0
// core needs to see AUTOOUT=0 to AUTOOUT=1 switch to arm endp's
SYNCDELAY; //
EP2FIFOCFG = 0x11; // AUTOOUT=1, WORDWIDE=1
SYNCDELAY; //
EP6FIFOCFG = 0x0D; // AUTOIN=1, ZEROLENIN=1, WORDWIDE=1
SYNCDELAY;
TD_Poll
在 fw.c 文件的无限循环中调用了 TD_Poll。因为EP2和EP6配置为自动输出和输入模式，所以不必要添加代码进行手动操作。
2.3 FPGA代码
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity fpga_master is
Port (
fdata : inout STD_LOGIC_VECTOR( downto ); -- FIFO data lines.
faddr : out STD_LOGIC_VECTOR( downto ); -- FIFO select lines
slrd : out STD_LOGIC; -- Read control line
slwr : out STD_LOGIC; -- Write control line
gstate : out STD_LOGIC_VECTOR( downto ); -- debug lines flagd : in STD_LOGIC; --EP6 full flag
flaga : in STD_LOGIC; --EP2 empty flag
clk : in STD_LOGIC; --Interface Clock
sloe : out STD_LOGIC --Slave Output Enable control
);
end fpga_master; architecture rtl of fpga_master is signal faddr_i : STD_LOGIC_VECTOR( downto ); signal slrd_i : STD_LOGIC;
signal slwr_i : STD_LOGIC; signal gstate_i : STD_LOGIC_VECTOR( downto ); signal MasterState : STD_LOGIC_VECTOR( downto ); -- Counter to sequence the fifo signals. signal sloe_i : STD_LOGIC; shared variable cnt : integer range to := ; CONSTANT A: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
CONSTANT B: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
CONSTANT C: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
CONSTANT D: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
CONSTANT E: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
CONSTANT F: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
CONSTANT G: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
CONSTANT H: STD_LOGIC_VECTOR ( DownTo ) := "";
begin slrd <= slrd_i;
slwr <= slwr_i;
faddr <= faddr_i;
gstate<= gstate_i;
sloe <= sloe_i; process(clk) variable fdatawe : natural := ;
variable fifodatabyte : STD_LOGIC_VECTOR( downto ) := ""; -- Local for now. begin
if(rising_edge(clk)) then case MasterState( downto ) is when A => -- IDLE STATE sloe_i <= '';
faddr_i <= "";
slrd_i <= '';
slwr_i <= '';
MasterState <= E;
fdatawe := ;
gstate_i <= ""; when E => faddr_i <= "";
slrd_i <= '';
sloe_i <= '';
if (flagd = '') then -- if Full flag is in a deasserted state
slwr_i <= ''; --assert slave write control signal
fdatawe := ;
fdata <= fifodatabyte;
fifodatabyte := fifodatabyte + '';
MasterState <= E; -- stay in state E
else
slwr_i <= '';
MasterState <= A; --when Full flag gets asserted, move to state A end if; gstate_i <= ""; when others =>--if an undefined state move to IDLE faddr_i <= ""; slrd_i <= '';
sloe_i <= '';
slwr_i <= ''; gstate_i <= "";
MasterState <= A;
end case;
end if;
end process;
end rtl;
3 总结
CYPRESS提供了FX2LP的固件框架，使得固件开发只需修改TD_Init和TD_Poll（如果采用中断，那就修改中断函数）两个函数即可，大大缩短了开发时间。
