TMS320VC5502图像传输系统的USB接口扩展.docx

TMS320VC5502图像传输系统的USB接口扩展zhangting导语：一个典型的水下列图像传输系统采用DSP数字信号处理器作为实时图像处理的核心单元，并用PC机建立良好的人机界面，以完成图像的收集和显示。0引言一个典型的水下列图像传输系统采用DSP数字信号处理器作为实时图像处理的核心单元，并用PC机建立良好的人机界面，以完成图像的收集和显示。因此，PC上位机与DSP间需进展一种高效、快速的数据传输。目前PC机和DSP常采用RS-232串口通信方式实现数据交换，其通信协议简单，但在大数据量的图像信息传输中，很难知足系统的实时性要求。此外，PC机本身串口资源也特别有限。而USB通用串行总线作为一种快速且有弹性的新式接口，可以知足多数情况下大数据量实时交换的要求。本文提出一种基于USB接口的图像传输系统方案，介绍DSP和上位机间的USB接口设计，利用TI公司的DSP芯片TMS320VC5502和Cypress公司Ez-USBSX系列芯片CY7C68001，完成USB接口扩展的软硬件设计，实现DSP与上位机间的高速数据传输。1系统整体方案系统整体构造如图1所示。在发送端，PC机将待发送图像转换为数据比特流送到USB总线上，同时，在主机屏幕上显示原图像。图像数据经DSP和外围电路的处理后送人信道。接收机对接收信号进展处理后，通过USB总线把图像数据传回上位机并显示接收图像。其中，DSP和上位机间的USB接口设计是本文的重点。2硬件设计USB接口扩展的硬件设计如图2所示TMS320VC5502是一款定点16位芯片，作为TI公司TMS320C5000DSP平台上性价比最正确的新型产品，其运算速度高达600亿次乘加运算每秒。它具有1条32bit的程序读总线和5条16bit的数据总线，片上集成有ROM16k×16bit、DARAM32k×16bit等存储器和丰富的外设资源，可知足大数据量的图像处理要求。此外，芯片低功耗不到200mW的特点使它可以应用到水下列图像传输系统中。由于DSP的IO口资源有限，系统采用FP-GA芯片EPF10k10A完成地址译码。它具有66个用户IO口，将DSP的局部地址线连接到FPGA的IO口并配置为输入端口，通过FPGA程序模拟译码器逻辑，可以产生Flash存储器、SDRAM、USB、UART等所有与DSP通信的模块片选信号，进而实现DSP的IO口扩展。USB通信协议较复杂，因此，本系统采用Cypress公司的CY7C68001芯片实现USB2.0接口，该芯片集成了USB2.0收发器和SIE串行接口引擎，分别完成物理层和链路层的数据通信管理，USB的应用层协议由TMS320VC5502编程实现。CY7C68001芯片支持高速480Mbits或者全速12MbitsUSB数据传输；内部有4个端点End-point分享4kB的FIFO，每个端点对应的FIFO空间大小及FIFO状态可编程；芯片还具有智能SIE功能，可在不借助微处理器中断的前提下完成枚举。CY7C68001具有16根数据总线FD15：0，3根地址线FIFOADR2：0用于选通命令接口或者指定的FIFO。此外，INT信号说明CY7C68001有中断事件发生，或者通知DSP对CY7C68001的读操作完毕；READY信号说明CY7C68001处于可读写状态。3软件编程3.1主机端程序USB协议中包含控制型contro1、等时型Isoch-ronous、中断型Interrupt和批量型Bulk4种根本的数据传输类型。其中，批量传输十分合适大数据量的传输，在没有带宽和间隔时间要求时，可以保证快速准确的传输。因此，本系统采用批量传输方式进展PC机与DSP间的图像数据传输。主机端软件包括3个局部：aCY7C68001的驱动程序，用于实现USB设备的发现、配置和关闭，实现数据传送接口与控制等功能。结合EZ-USB的GPD通用设备驱动程序，在WindowsWDMDDK环境下编译生成驱动程序的系统文件.sys。b安装USB时的信息文件.inf，用于将驱动程序绑定到特定设备的VerdorIDVID和ProductIDPID。当USB设备插入计算机时，计算机检测到设备插入后自动发出查询恳求；USB设备回应该恳求，并送出设备的VIDPID。计算机根据这两个ID装载相应设备驱动程序，完成枚举。c系统上位机PC处理程序，采用MicrosoftVis-ualC+软件编写，通过对界面上控件的操作产生消息，使CPU执行相应的动作。以发送端为例，主机程序流程如图3所示。驱动程序与应用程序的接口函数定义如下：align=left对用户而言，所有应用程序均通过IO控制来访问EZ-USBGPD。以上接口函数主要调用两个Win32API函数：首先通过CreatFile连接USB设备并获取访问设备驱动程序的句柄；再调用DeviceIoControl提交IO控制码IOCTL，向驱动程序发送相应命令，并为CreatFile返回的设备句柄设置IO缓冲区。局部源代码如下：/align3.2DSP端程序USB主机与设备间的数据传输是通过设备中的端点Endpoint进展的。这些端点通过端点号和输入输出方向来进展标识，并为数据传输分配固定FIFO存储区。本系统在初始化时将CY7C68001的4个端点配置为批量传输类型。其中，FIF02、FIF04为输出端点，用于接收上位机传来的数据；FIF06、FIF08为输入端点，用于存放待发送的数据。各个FIFO设置为异步工作形式。DSP经初始化后翻开USB外部中断，向CY7C68001写入描绘符表，等待其枚举中断。枚举成功后，DSP对CY7C68001进展其他配置并清空FIFO，然后等待主机发送用户恳求并进展相应处理。程序流程如图4所示。程序在TICCS2.2集成开发环境下进展编译并调试通过3.2.1USB的初始化在每个USB设备的内部都有一个设备描绘符descriptor表，它包含了设备的全部要求和特性。通过主机与设备间的控制传输来辨识并配置新连接上的USB设备的经过称为设备枚举enumeration。CY7C68001芯片内有一个大小为500字节的描绘符RAM，用于存放描绘符表，内部存放器DESC用于存放描绘符表的长度。CY7C68001的枚举方式有EEPROM自举和通过DSP自举默认2种。本系统采用默认方式，先由DSP向DESC存放器写入2字节的描绘符表长度，再通过命令口将描绘符表按字节写入描绘符RAM。描绘符表写入后，DSP等待CY7C68001的枚举成功中断。枚举成功后，CY7C68001完成对各端点的配置。3.2.2CY7C68001的存放器读写DSP采用二次寻址方式对CY7C68001存放器进展读写，即首先通过命令口将要寻址的存放器子地址和操作类型读写写入，然后通过命令口将数据读出或者写入。详细步骤可参考CY7C68001芯片手册。3.2.3CY7C68001的中断SX2共有以下6个中断源：SETUP：SX2收到无法自动处理的上位机恳求；EPOBUF：端点0的缓冲区处于可读写状态；FLAGS：OUT端点FIFO转为非空状态；ENUMOK：SX2枚举成功；BUSACTIVITY：总线挂起恢复；READY：从低功耗通过WAKEUP引脚被唤醒。当有中断事件发生时，CY7C68001通过INT信号触发：DSP中断。DSP在USB的ISR中断效劳子程序中通过读命令口来判断中断源，并设置相应中断标志。假设为SETUP中断，即SX2收到无法自动处理的用户恳求如用户定义的批量读写，那么在随后的中断处理中，ISR从命令口依次读入8个字节，存入用户命令缓冲区中，再由主程序解析执行。本系统利用USB2.0接口芯片CY7C68001实现上位机和DSP的高速图像数据传输，为水下列图像传输系统建立良好的人机界面，用户利用PC机将待发送的图像送入发送机的DSP，接收机的DSP将收到的图像数据送回PC机并显示，用户可对发送和接收到的图像进展直观比照。0