本文只讨论CB的VIP_board2.0固件程序设计，针对FPGA与68013搭建的采用Slavefifo的传输模式发表个人的理解。本文首先对VIP_Board的68013硬件部分进行解析，而后解读下keil环境中的68013固件程序。

一、USB68013硬件程序的理解

图纸中所采用的是USB的Slave_fifo传输方式。省去了采用FPGA驱动的方式，直接通过控制端口的拉低和拉高来作为信号的控制方式。设计的初衷可能是由于所采用的FPGA芯片为EP4CE10E22C8，IO口数量较少。简要介绍设计的思想。

•CLK_24M：接入外部晶振24M

•USB_IFCLK：同步Slave_FIFO模式，输入频率范围5M-48M，在FPGA内部将此信号配置为CMOS摄头cmos_pclk，传感器像素时钟的输出端，作为数据采集时钟和 68013与FPGA通信的同步时钟。

assign USB_Data = cmos_data;

•FLAGA/FLAGB/FLAGC/FLAGB：对应FX2LP输出的FIFO状态信息。在写入FIFO或者 读FIFO之前，需先判断FIFO内部满、空等。原理图中，未接任何控制信号。

•SLCS：FIFO的片选信号，外部逻辑控制，当SLCS为高时，不可进行数据传输。

•SLOE：FIFO的输出使能，外部逻辑控制，当SLOE无效时，数据线不输出有效数据。

•SLRD：FIFO读信号，外部逻辑控制，控制读FIFO。

原理图中直接将SLCS=0，SLOE=1,SLRD=1，使得FPGA不可对68013进行读操作。CB的本意也是直接通过68013的FIFO，上传CMOS摄像头数据，只进行写操作，不 进行读操作。

•USB_WR：FIFO写信号，外部逻辑控制，同步写时，在SLWR有效时的每个IFCLK的上 升沿数据被写入，FIFO指针递增。在FPFA内部，控制USB_WR写信号，如下所示。

assign USB_WR = i2c_config_done & cmos_href & USB_Trigger

USB_WR在CMOS摄像头配置完成，CMOS传感器数据行同步信号和USB_Trigger均有效时，允许写入FIFO操作。

•USB_PA0：外部中断信号。通过CMOS_VSYNC信号来触发中断。该信号是CMOS传感 器像素数据场同步信号输出。代表每帧图像输入的结束，下一帧图像输入的开始。

•USB_FD[0..7]：8位数据传输位。在FPGA内部，将此信号直接连接至传感器像素的输出。

assign USB_Data = cmos_data;//cmos_data为传感器像素时钟输出数据位，8位。

•USB_PD3/USB_PD4/USB_PD6：虽然原理图中直接连接至FPGA，但此信号在整个工程中 未用。

•USB_PD5：即USB_Trigger，控制FIFO的写入，具体操作得结合固件程序。

•FIFOADR0/FIFOADR1：选择四个FIFO端点的地址线，外部逻辑控制。68013内部有四个FIFO，这里直接拉低处理，说明只用到了EP2。

•PKTEND：包结束信号。正常情况下，外部逻辑像FIFO中写入数据时，当写入FIFO端点 的字节数等于固件设定的包大小时，数据将自动打包传输。但外部逻辑传输小数设定的 包大小时，只需在写入一定数目字节后，使PKTEND信号有效，无论外部逻辑写入多 少自己，将自动打包传输。在固件当中，设置PKTEND低有效，此处直接进行拉高处 理，说明每次传输只能固定数据包大小传输。

CB的USB_68013电路设计其实是存在缺陷的。例如，未对68013中FIFO的标志位进行严格的判断即将数据写入。这样可能使USB上传的图像偶尔出现不稳定的情况。除此以外，68013的驱动部分，直接通过拉低和拉高来进行简单粗鲁的操作。对于FIFOADR同样如此，限制了对68013内部的修改，后续的优化自然也更加困难。

二、USB68013固件程序解读

首先简要介绍下CYPRESS提供的固件编程框架，用户只需要在CYPRESS提供的框架基础上添加修改少量的代码，即可完成固件的编程。框架内部提供了钩子函数，用户在钩子函数中添加自己的代码，完成编程。

固件复位上电时，先初始化一些全局变量，接着调用初始化钩子函数TD_Init()，开中断，等待设备重枚举完成，最后进入while(1)循环语句，执行任务调度。这里不具体说了，CB的固件程序中，框架的源文件和头文件如下所示。

EZUSB.LIB	EZUSB库文件
EZUSB.h	EZUSB头文件
fx2regs.h	FX2寄存器头文件
fx2.h	预定义，宏及函数声明
fw.c	固件框架源文件
dscr.a51	USB描述符列表，用户可修改
USBJmpTb.OBJ	中断跳转函数目标文件
syncdly.h	同步延时，定义了程序短延时函数SYNCDELAY
intrins.h	C51一些数据类型及函数定义
intr.c	外部中断处理文件
USB_Camera_Demo.c	用户钩子函数文件，可修改，CB代码核心

除此以外，我们需要了解的函数包括：

•void TD_Init()：此函数在USB启动后只调用一次。此函数主要添加USB数据传输的初始化代码，也就是传输之前要配置的。通过68013内部寄存器，配置好时钟、FIFO、中断等。

•void TD_Poll()：用户调度程序，USB在空闲时反复执行该函数，通常将反复执行的代码放着里面。CB在此当中未添加任何代码，直接采用默认方式。

•void ISR_EXTR0(void) interrupt  0：外部中断处理函数，当外部中断产生时，程序跳转至此，执行该中断子程序。

在了解上述各个文件的作用之后，结合原理图，来看看VIP_Board2.0是如何将数据从FPGA传输到上位机的。在keil程序中，主要关心的包括：USB_Camera_Demo.c用户钩子函数文件和intr.c外部中断处理文件。主要是对TD_Init(void),void ISR_EXTR0(void) interrupt  0两个函数的理解。

■void TD_Init(void)

1、设置CPU即68013时钟为24MHZ。设置时钟寄存器CPUCS=0x0a;其中CPUCS寄 存器如下所示：

CPUCS

•PORTCSTB --- 1表示读写端口C时产生RD#和WR#信号，0不产生读写信号，默认 为0。

•CLKSPD1,CLKSPD0 --- CPU时钟设置。如下表所示：

•CLKINV --- 时钟状态反转

•CLKOE --- 时钟使能

备注：虽然原则上CPUCS必须设置成24MHz，但在接入24MHz，采用同步传输方式，CPUCS可以随便设置而不影响结果，这是很难理解的事情。

2、接口配置寄存器IFCONFIG

设置IFCONFIG=0x03; //选择为外部时钟，同步SlaveFIFO模式，输入//IFCLK(5-48MHZ)(0000_0011)

IFCONFIG

•IFCLKSRC --- 0外部时钟源，1内部时钟源。

•3048MHZ --- 0 IFCLK时钟为30M，1 IFCLK时钟为48M。

•IFCLKOE --- IFCLK时钟输出使能，0关闭，1打开。

•IFCLKOL ---IFCLK信号反正，0不反转，1反转

•ASYNC --- GPIF同步或异步操作，0同步，1异步

•GSTATE---GPIF状态输出使能，0关闭，1使能，引脚PE0 PE1 PE2和GPIF状态 GSTATE0,GSTATE1,GSTATE2。

•IFCFG0,IFCFG1 --- 模式设置，决定了端口引脚功能。

3、REVCTL芯片版本控制寄存器

设置REVCTL=0x03;

REVCTL

 该寄存器在SLAVE FIFOS编程中用到，建议设置b1b0=11。

4、端点1IN和1OUT配置寄存器

由驱动设计可知，只用到了FIFO 2。因此这两个寄存器直接采用默认值即可，只作简单介绍。

        TYPE1,TYPE0 --- 端点类型见下表。

 

5、端点2、4、6、8配置寄存器

由于只用到了端点2，因此设置EP2CFG=0xE0；对于EP2CFG寄存器如下所示。

•VALID --- 0端点无效，1端点有效。

•DIR --- 端点方向，0=OUT方向，1=IN方向，默认端点2,4位IN，端点6,8为OUT。

•TYPE1,TYPE0 --- 端点类型，如下表所示。

•SIZE --- 缓冲区大小(仅端口2和端点6)，0=512字节，1=1024字节

•BUF1,BUF0 --- 端点缓冲区个数(仅端口2和端点6)。

将其设置为端点2有效，IN方向，批量传输方式，传输字节为512B，四缓冲方式。 

而将EP4CFG、EP6CFG、EP8CFG均设置为无效。

6、Slave FIFO端点2/4/6/8 FIFO配置

设置EP2FIFOCFG=0x08；表示FIFO 8位输入模式。

 •INFM1 --- 1表示IN端点满减1。

 •OEP1 --- 1表示OUT端点空加1。

 •AUTOOUT --- 1表示数据自动提交OUT端点FIFO，0表示手动。

 •AUTOIN --- 1表示IN端点FIFO数据自动呈交SIE，0表示手动。

 •ZEROLENIN --- 1表示使能零长度IN端点数据包，0表示非使能。

 •WORDWIED --- 数据宽度，0表示8bit，1表示16bit。

          对于其他FIFO，由于没用到，直接配置成0x00。

7、设置SLWR为高电平有效，其他为低电平有效。通过PORTACFG和FIFOPINPOLAR    寄存器来设置。

PORTACFG

PORTACFG |=0x40表示SLCS设置为复用引脚功能，且低电平有效。

 FIFOPINPOLAR

0 表示低电平有效

1表示高电平有效

这里FIFOPINPOLAR = 0x07将SLWR设置为高电平有效，其余的设置为低电平 有效。

8、端点2 AUTOIN数据长度设置

设置EP2AUTOINLENH = 0x02；//包长度高字节，自动传送包大小为512B。

 EP2AUTOINLENL=0x00；

9、AUTOPTRSETUP |= 0x01;//使能自动指针特征,可以很方便在两个内存间传输数 据。

      10、SLAVE FIFOs FLAGx配置寄存器

PINFLAGSAB = 0x00;

       SYNCDELAY;  

      PINFLAGSCD = 0x00;

      SYNCDELAY;

硬件驱动中都没用到该部分，忽略不计。

11、复位FIFO寄存器

FIFORESET

NAKALL --- 0表示关闭NAK功能，1表示用NAK响应主控器请求。在复位端点 时，为了保证复位正常，防止主控器请求的干扰，先写入0x80，复位完成后，再 写入0x00，以此响应请求。如下所示：

FIFORESET = 0x80;// activate NAK-ALL to avoid race conditions

FIFORESET = 0x02;// reset, FIFO 2

FIFORESET = 0x04;// reset, FIFO 4

FIFORESET = 0x06;// reset, FIFO 6

FIFORESET = 0x08;// reset, FIFO 8

FIFORESET = 0x00;// deactivate NAK-AL

 12、配置68013内核引脚

如原理图所示，USB_PA0作为中断源，输入至USB68013，设置USB_PA0引脚为 输入引脚。而USB_PD5作为USB_Trigger，输出至FPGA，可认为是68013给予 FPGA的反馈信号。因此，设置USB_PD5为输出引脚。

•程序中设置PD5为输出引脚，且初始化PD5为0。

OED |= (1<<5)；//PD5 0:Input; 1:output

//OED = 0x20；

       PD5 = 0;

OED端口D输出使能寄存器

•程序中设置PA0为中断触发源。

OEA端口A输出使能寄存器

设置PA0为输入引脚，即默认D0=0；并将PA0设置为外部中断INT0#。

OEA &= ~(1<<0); //PA0-INT0 0:Input

//OEA=0x00;

PORTACFG |= (1<<0);  //Configure PA0 as INT0#

//PORTACFG = 0x01;

13、特殊功能寄存器TCON

通过特殊功能TCON来设定INT0#的中断类型。当IT0=1时，采用上升沿触发中 断，当IT0=0时，采用低电平触发中断。设置IE=1允许中断，IE=0禁止中断。

IT0 = 1; //When ITx = 1, posedge edge Sample; When ITx = 0, low-level     //Sample.

IE |= (1<<0);//Enable INT0

■ISR_EXTR0(void) interrupt  0

CB的中断处理，可一言以蔽之：抽帧。由于PC机自身的局限性，为了降低PC的带宽，对获取的640*480像素大小的图像进行抽帧处理。USB68013只接收部分图像，来有效降低PC的带宽。其过程如下所示：

•PA0作为中断源，采取上升沿触发中断，连接至CMOS_VSYNC,即摄像头场信号。当 场信号出现上升沿时标志着一帧图像的结束和下一帧的开始。

•frame_interval_en做为抽帧的使能信号，初始值为1。每次进入中断，帧计数器自动加1，通过判断帧计数器来实现抽帧处理。

•PD5信号是USB连接至FPGA的信号，由assign USB_WR = i2c_config_done &  cmos_href & USB_Trigger;可以得知，PD5=1时，USB允许数据写入。

•当frame_cnt%2==0时，以15FPS写入FIFO；

•当满足条件frame_cnt%2==0时，PD5=1，允许写入FIFO，不满足时，PD5=0，禁止  写入FIFO。

•在每次禁止写入FIFO时，复位FIFO 2。以使FIFO 2数据为空，这样就不存在FIFO  满状态。以此来防止因FIFO满状态而引起的数据丢失。

void ISR_EXTR0(void) interrupt  0 //using 0

{

if(frame_interval_en == 1)

{

frame_cnt++;

if((frame_cnt%2)==0)  //5:6FPS; 4:7.5FPS; 3:10FPS; 2:15FPS; 1:30FPS;

{

PD5 = 1; //Enable image input

}

else

{

PD5 = 0; //Disable image input

//Reset FIFO of EDP2

SYNCDELAY;

FIFORESET = 0x80;// activate NAK-ALL to avoid race conditions

SYNCDELAY;

FIFORESET = 0x02;// reset, FIFO 2

SYNCDELAY;

FIFORESET = 0x00;// deactivate NAK-AL

SYNCDELAY;

}

}

else

{

PD5 = 1; //Enable image input continue , and no frame interval

}

}