基于USB协议的DSP高速上位机接口设计

　　0 引言

　　ADI公司的DSP器件(ADSP-TS101)具有浮点实时处理能力强、并行性好等优点，从而广泛被弹载信号处理系统选用。其作为弹载主处理器，在导弹的系统试验中，需要利用上位机对其中的大数据量的软件变量进行实时监控和记录，这就需要一个上行传输给上位机的高速通信接口，数据上行的数据率需要大于6 MB/s。同时这个通信接口还需具有双向特性，通过数据下行可实现在线程序加载与烧写。这样的通信接口，还需具备设备连接简单、通用性强等特性，并能实现远程(大于3m)数据传输。

　　ADSP-TS101自身的外总线接口和链路口(Linkport接口)，虽速度很快，但连接复杂，难以长线传输，并不具备上述需求特征。可以通过在DSP的Linkport总线接口上增加FPGA实现的适配电路，扩展USB 2.0接口，实现上述应用需求。下文将介绍具体的实现方案。

　　1 系统总体方案

　　系统实现的总体方案如图1所示。

　　在本方案中，USB接口芯片选用Cypress公司的CY7C68013A。该芯片是Cypress公司FX2系列USB 2.0集成微控制器之一。集成了USB 2.0收发器、SIE、增强8051微控制器和GPIF，是一种优秀的高速USB外设控制器。内置的8051微控制器独立于USB数据通道，由SIE实现大部分USB 1.1和USB 2.0协议;USB FIFO和外部从FIFO映射到相同的8个512 B RAM模块，实现内部传输和外部传输的无缝连接，可以较低的代价获得较高的带宽;8.5 KB内部RAM空间，可运行较为复杂的固件，实现软件对硬件的配置。GPIF是由用户可编程有限状态机驱动的柔性8/16位并行口，可编程GPIF向量组成一个GPIF波形，匹配受控接口的时序。

　　ADSP-TS101作为弹载主DSP芯片，含4个链路口，每个链路口可在时钟双沿以8位进行双向数据传输，速率高达250 MB/s。通过该接口，DSP每个处理帧将预观测的变量结果以DMA的方式打包向上位机发送。

　　FPGA实现ADSP-TS101的Linkport接口与CY7C68013A之间的双向数据缓冲和接口协议转换。考虑到CY7C68013A中的FIFO容量较DSP的一个处理帧预发送或接收的数据量较小，故在FPGA中设置上行和下行各一个大容量FIFO，用于数据缓冲，以减少对DSP中并行流水运行的程序的打扰。这里，由于DSP链路口的瞬时数据率远高于USB芯片的传输速率(理论上限为60 MB/s)，故FIFO的DSP端口的数据传输为：一个处理帧只操作一次，而USB芯片端则分成多次操作。

　　限于篇幅，下文将重点对传输数据率要求高、设计难度大的上行通道的设计进行详细描述。

　　2 FPGA的模拟Linkport口设计

　　FPGA需要模拟Linkport口的接口时序，其与DSP的硬件连接关系图如图2所示。