基于CC2531的USB接口設計

　　1 CDC類簡介

　　在USB的文件中，定義了將某種相同屬性的設備整合在一起的群體，稱之為類。這樣做可以同時開發(fā)該類的驅(qū)動程序，提高了驅(qū)動程序的復用性。CDC類是通信設備類的簡稱，是專為各種通信設備定義的子類。根據(jù)應用場合的不同，CDC類可以分成以下不同的模型：POST(傳統(tǒng)純電話業(yè)務)模型、ISDN模型和Networking(網(wǎng)絡)模型。其中，POST模型又可以分為DL(直接線控制)模型、AC(抽象控制)模型、Datapump(數(shù)據(jù)泵)模型、T(電話)模型。CDC類的結(jié)構(gòu)如圖1所示?！〔捎?a href="http://www.ttokpm.com/tags/ti/" target="_blank">TI公司的第二代SOC芯片CC2531,實現(xiàn)了基于USB接口的虛擬串口通信，并以溫度監(jiān)測系統(tǒng)將其引入到實際工程中來。

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　　圖1 CDC類結(jié)構(gòu)圖

　　此外，CDC又由CommunicatiON Interface Class(通信接口類)和Data Interface Class(數(shù)據(jù)接口類)組成。通信接口類主要負責設備的管理和控制，數(shù)據(jù)接口類則負責數(shù)據(jù)的傳輸。不同的模型端點需求不同，對系統(tǒng)所用的抽象控制模型來說，通信接口類需要一個控制端點(Control Endpoint)來管理設備的枚舉、虛擬串口的波特率和數(shù)據(jù)類型的設置。數(shù)據(jù)接口類的需求相對比較靈活，本例中采用一個塊傳輸 IN端點和一個等時傳輸OUT端點。

　　2 CC2531芯片簡介

　　CC2531是TI公司針對2.4 GHz ISM頻帶推出的第二代支持ZigBee/IEEE 802.15.4協(xié)議的片上集成芯片。其內(nèi)部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標準增強型8051 MCU內(nèi)核、256 KB Flash和8 KB RAM;具有1個USB全速接口、2個USART、8位和16位定時器、看門狗定時器、8路輸入可配置的12位ADC、21個GPIO、AES128協(xié)同處理器;硬件支持CSMACA、數(shù)字化的RSSI/LQI和強大的DMA功能，具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。

　　CC2531全速USB接口的結(jié)構(gòu)如圖2所示。其特性如下：

　　◆ 全速操作(12 Mbps);

　　◆ 6個端口，端口0為控制端點，其余5個為數(shù)據(jù)傳輸端點;

　　◆ 具有1 KB SRAM(FIFO)存儲USB數(shù)據(jù)包;

　　◆ 端口支持的數(shù)據(jù)包大小為8~512字節(jié);

　　◆ 支持雙緩沖傳輸模式。

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　　圖2 USB接口結(jié)構(gòu)圖

　　端點0(EP0)為控制端點，枚舉階段的通信都是通過該端口完成的。端點1~5(EP1~5)可以通過SFR配置為等時、塊、中斷3種傳輸方式。其中塊傳輸端點和中斷傳輸端點對應的USB寄存器設置是一樣的，但在固件方面具有不同的屬性。同時為了加快數(shù)據(jù)傳輸，還可以使用雙緩沖模式。在配置各個端點的屬性之前，必須通過特殊寄存器USBINDEX來選擇不同的端點，以此來選擇當前進行配置的端點寄存器組。

　　3 USB通信的實現(xiàn)

　　CC2531的USB硬件連接很簡單，如圖3所示。采用USB總線供電方式，通過電壓轉(zhuǎn)換芯片AM11173.3為硬件電路提供3.3 V電壓(圖中未畫出)。由于該設備為全速設備，因此D+信號線通過電阻上拉。

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　　圖3 CC2531的USB硬件連接

　　按照CDC類抽象控制模型對端點的需求，采用端點0作為控制端點，完成設備的枚舉和串口參數(shù)的設置。將端點2和端點4分配給數(shù)據(jù)接口子類，作為IN和OUT端點，虛擬串口的數(shù)據(jù)傳輸主要在這兩個端點進行。具體的配置如下：

　　currentLineCoding.dteRate=HAL_UART_BAUDRATE_115200;//波特率設置

　　currentLineCoding.charFormat=CDC_CHAR_FORMAT_1_STOP_BIT;//1個停止位

　　currentLineCoding.parityType=CDC_PARITY_TYPE_NONE;//無奇偶校驗

　　currentLineCoding.dataBits=8;//8位數(shù)據(jù)

　　USBINDEX=0x02;//選擇端點2

　　USBCSIH=0x01; //方向：IN塊傳輸，雙緩沖模式

　　USBMAXI=0x20;//最大包數(shù)目 256字節(jié)(8字節(jié)為單位)

　　USBINDEX=0x04;//選擇端點4

　　USBCSOH=0x40;//方向：OUT等時傳輸，單緩沖模式

　　USBMAXO=0x20;//最大包數(shù)目 256字節(jié)(8字節(jié)為單位)

　　下面以IN端點2為例，說明數(shù)據(jù)如何通過USB接口傳遞到電腦上。當電腦發(fā)出IN請求時，如果USB端點2的FIFO非空，就向電腦發(fā)送FIFO里的內(nèi)容;如果FIFO為空，則向電腦發(fā)送一個空包作為回應。CC2531通過寄存器位USBCSIL.INPKT_RDY來控制電腦和8051 MCU內(nèi)核對USB的FIFO的使用權(quán)。當INPKT_RDY=1時，電腦正在對USB端口進行訪問，8051 MCU內(nèi)核無法向FIFO內(nèi)寫入數(shù)據(jù);當INPKT_RDY=0時，8051 MCU內(nèi)核可以將發(fā)送數(shù)據(jù)寫入FIFO內(nèi)，置位INPKT_RDY=1,完成數(shù)據(jù)的上傳。其流程如圖4所示。

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　　圖4 端點2數(shù)據(jù)流程