EZ-USB FX3 的GPIF II 接口时序设计 科技信息 中北大学信息与通信工程学院 何光祖 杨 录 ［摘 要］使用 CYPRESS 为 EZ-USB FX3（CYUSB304）提供的 GPIF II Designer 程序，设计 EZ-USB FX3 的 GPIF 接口时序。 ［关键词］USB3.0 EZ-USB FX3 CYUSB3014 GPIF 引言 赛普拉斯 EZ-USB FX3 是新一代 USB 3.0 外设控制器，具有高度集 成的灵活特性。EZ-USB FX3 具有一个可进行完全配置的并行通用可 编程接口 GPIF II，它可与任何处理器、ASIC 或 FPGA 连接。它可轻松无 缝地连接至多种常用接口，比如异步 SRAM、异步和同步地址数据复用 式接口、并行 ATA 等等。 1.EZ-USB FX3 的GPIF II 接口简介 EZ-USB FX3 可提供高性能的通用可编程接口(GPIF II)。GPIF II 是一种可编程状态机，其所启用的灵活接口可用作工业标准或专用接 口中的主控或从器件。并行和串行接口均可通过 GPIF II 实现。此接 口能实现类似于 FX2LP 的 GPIF 和从器件 FIFO 接口的功能，但更为高 级。它可运行在主模式或从模式；它提供 256 个可编程状态；支持 8 位、 16 位、32 位的并行数据总线；接口频率达到 100MHz;当运行在 32 位数 据总线时，有 14 个双向的可配置引脚；当运行在 16 位或 8 位数据总线 时，有 16 个双向的可配置引脚。 GPIF II 状态转换以控制输入信号为依据。而控制输出信号则是 GPIF II 状态转换所得结果。GPIF II 状态机的行为取决于 GPIF II 描述 符。GPIF II 描述符的设计应符合必需的接口规范，而且实际上是可 编程寄存器配置的集合。EZ-USB FX3 寄存器空间中有 8 kB 的内存 空间专门用作 GPIF II 波形存储器，用于存放特定格式的 GPIF II 描 述符。 EZ-USB FX3 可提供多达四个物理线程以用于 GPIF II 上的数 据传输。每个物理线程可映射多达 8 个套接字。EZ-USB FX3 内部 FIFO 与套接字相关联。GPIF II 一侧的套接字类似于 USB 接口上的端 点。 2.使用GPIF II Designer 程序设计GPIF II 接口时序设计 GPIF II 接口有 256 个可编程状态，接口时序设计非常复杂。为了 方便接口时序的设计，CYPRESS 公司提供了 GPIF II Designer 程序，来 简化接口时序的设计。 使用 GPIF II Designer 程序设计 GPIF II 接口时序，先要创建一个工 程。这时选择接口引角设计界面。根据不同的选择配置不同的引角。 第一步选择是否使用 EZ-USB FX3 的 I2C、I2S、UART、SPI 四种外设接 口。下一步选择接口是主模式还是从模式。所谓的主摸式是由EZ-USB FX3 芯片控制信号去控制外接设备；而从模式却恰好相反，是由外接设 备控制信号来控制 EZ-USB FX3 芯片。第三步是选择使用外部时钟还 是内部时钟。第四步是选择时钟上升有效还是下降有效，字节顺序是 低位在前还是高位在前。第五步是地址或数据位的选择。首先是数据 宽度的选择（8 位、16 位或者 32 位）；其次，是否选择地址数据复用；最 后，选择地址宽度。如果选择了地址数据复用，地址可以设置为小于或 等于数据宽度。如果没有选择地址数据复用，地址宽度一般设置为 5 位或 2 位。设置为 5 位时，低 2 位选择物理线程，高 3 位对应物理线程的 8 个套接字。设置为 2 位时，这两位对应物理线程，这时物理线程一般 映射一个套接字。第六步，是否让一些引角使用特殊功能。最后一步， 设计信号引角。这里有输入信号、输出信号和标志信号三种。输入信 号可以设置高有效还是低有效。输出信号除了设置高有效还是低有效 以外，还要设置初始状态、信号是提前还是延迟。标志信号除了设置高 有效还是低有效和初始状态外，还要设置用于哪个线程。 下面以 5 位的同步从模式为例： 选择好使用哪些引角后，接着状态设计。这里两种状态，一种是开 始状态，不论怎样的状态设计，都是从开始状态开始，并且只在开始时 使用一次；另一种是普通状态，在普通状态中可以设计包括 IN_DATA、 IN_ADDR、 DR_DATA、 DR_ADDR、 COMMIT、 DR_GPIO、 LD_AD- DR_COUNT、LD_DATA_COUNT、LD_CTRL_COUNT、COUNT_ADDR、 COUNT_DATA、COUNT_CTRL、CMP_ADDR、CMP_DATA、CMP_CTRL、 INTR_CPU、INTR_HOST 和 DR_DRQ 18 种行为，每种行为都有自己不 同的作用，还有自己的一些特别配置。每个普通状态根据信号的与、 或、非、并进行变化。 图 1 5 位的同步从模式接口截图 图 2 5 位的同步从模式状态图 如上图所使用的行为效果如下： IN_ADDR 行为从根据地址信号来选择 1 个线程或 1 个套接字。当 地址总线宽度小于或等于 2 位、地址只能选择 1 个线程。如果地址是 3 到 5 位宽,可以选择 1 个线程或 1 个特定的套接字。“地址选择”参数显示 在上面的对话框是用来使用这个选择，不能与 IN_DATA 同时使用。 IN_DATA 行为读入数据总线上的数据。数据可能读到寄存器、套 接字或线程中，这个是由地址信号和 IN_DATA 行为的参数对话框上的 设置所决定的，不能与 DR_DATA 同时使用。当地址和数据总线复用时 不能与 IN_ADDR 同时使用。 DR_DATA 行为从指定来源更新数据总线的数据。数据来源于芯 片内的数据计数器、寄存器、套接字和线程。当地址宽为 0 时，还可以 设计数据来源于哪个线程。 COMMIT 行为是用来提交数据包或缓冲区。当输入数据达到 USB3.0 的数据包长度或需要结束输入数据时使用。 最后一步，分析设计的时序是否满足需要。为了方便用户，GPIF II 程序提供了时序分析功能。只要选择好从哪个状态到哪个状态的路 径，就能提供时序分析图，以便分析。以上图 5 位的同步从模式状态的 路径REST->IDLE->ADDR_SETUP->ADDR_SETUP->WRITE->IDLE为 例，时序图如下： 图 3 5 位的同步从模式时序图 如图 3 所示，状态的时序变化和状态的持续时间 （下转第 333 页） 作者简介：何光祖（1988.6-），男，中北大学信息与通信工程学院，在读硕士，主要研究方向：信号与信息处理；杨录（1968.4-），男，副教授，硕士生导 师。 331 — — 

源）提供的交流电源输入。把 Server-A 组的 IF 总线和席位环路接到新 机框 A 组上，把 Server-B 组的 IF 总线和席位环路接到新机框 B 组上。 所有新备件替换完成和所有连线接好后，系统加电，启动正常。安装替 换两台系统监控与配置电脑及其系统配置软件的重新加载。系统启动 运行后进行新 Rev.C 服务器的功能测试，确认系统配置正确。试切换到 新 B 组服务器机框为主用正常，试用各席位功能正常。 3.升级后的使用情况分析比较 广州 ICS 内话系统升级之后，整体性能有较大改善，与旧的 Rev.B 系统相比主要有以下方面的改进： (1)新 Rev.C 服务器机框电源输入为交直流双路电源输入，除了保 留旧系统原有的 48VDC 外，还改造引接了新的 220VAC，新电源模块对 交流电进行转换，比原来的单路供电更有保障。 (2)新 Rev.C 服务器机框中有 Controller 组件，如图 2 所示。 科技信息 (4)席位处理器和触摸屏为旧 Rev.B，其布局和以前配置一样，但由 于软件升级，启动速度有所提高：Rev.B 的服务器重启（即监控软件及服 务器切换）约需 2~3 分钟，至所有席位均可正常使用共约 10 分钟；Rev.C 服务器重启约需 2~3 分钟，至所有席位均可正常使用共约 4~5 分钟。 (5)新的配置监控软件和原来的软件界面及细微设置部分略有不 同，在配置上更加灵活，尤其是其对角色（人机界面 HMI）的配置更加灵 活，可操作性更高。以配置 PSTN 电话的某个配置界面为例，图 4 简要 列出升级前后软件配置界面的不同之处，图中的导航树可继续展开进 行详细配置。 图 2 新 Rev.C 服务器机框 Controller 板件图 通过 Controller 板件与配置监控电脑连接时直接使用以太网线，撤 掉了旧系统的转换器等配件，简化了网络传输线路。另外新 Rev.C 服务 器机框中如某 Server 板故障，直接更换 Server 板后会自动识别，无须再 像旧 Rev.B 系统那样去连接超级终端重配置替换上的 Server 板了，但如 果是 Controller 板故障更换则须重置 IP 等设置。 (3)图 3 为升级前后 Server 板件对照图。 图 3 升级前后 Server 板件对照图 由于新 Rev.C 服务器机框 Server 板上每个接口均有 4 个 E1，与旧板 不同，故连接旧 Rev.B 接口子机框需要使用特殊的 26 针头转 9 针头的一 分二/一分四连接线（这些线只在新旧混合系统中使用），而且新系统的 席位环分配也与原来不同，现在一对 Server 板可连接四个席位环，在用 3 个席位环，有一个环为空环。 （上接第 330 页） 故障。 4、结论 本设计根据现场实际设计了 4 条皮带的集中监控，该项目已经投 入运行，工况良好，故障率减低，日常维护工作得到了极大的改善。显 示了系统的可靠和安全性，为煤矿的安全生产和提升经济效益做出了 应有的贡献，同时可以推广到更大的皮带运行监控网络。 参考文献 ［1］张启明，张培友，贾欣翠.带式输送机保护装置的技术现状［J］. 图 4 升级前后软件配置界面对照图 结语 根据空管工作的特性，在未来几年时间内，由于空域业务的不断扩 展，管制工作将日趋繁忙，对于 ICS 内话这样的综合型通信系统的整体 性能和可靠性的要求会越来越高。虽然升级后的 ICS 内话系统的服务 器机框为新 Rev.C 系统，处理速度有很大的改进，但所有的设备接口板 和席位处理器、触摸屏设备等均为旧版且许多设备接口板已经接近满 配，所以很多新系统的功能仍无法实现，而且这种新服务器/旧用户接 口板件的组合版系统的配置方法既不同于原来的 Rev.B，也有异于全新 的 Rev.C 系统的配置方法，对技术人员的配置维护操作提出了新的挑 战。如能在此基础上对 ICS 内话系统的席位单元、接口板框等部件进 行统一升级，例如引进 ICS Rev.C 提供的新型多功能接口卡 Quad 2-wire 和 E1 /T1 接口卡，新型的席位处理单元和更灵活友好的快速触摸屏面 板，这些都将最大限度地发挥 ICS Rev.C 内话系统的整体性能，更多地 支持日后的新技术。 参考文献 ［1］瑞士 Schmid 公司.ICS Technical Presentation［Z］ ［2］瑞士 Schmid 公司.ICS Upgrade 2.5 to 3.3 Transition and Installa- tion Plan［Z］ ［2］宋伟刚.通用带式输送机设计［M］.机械工业出版社，2006， 10-12. ［3］秦连军.皮带运输机常见故障分析与处理方法［J］.煤炭技术， 2009 年第 8 期. ［4］高正中，张仁彦，隋涛.西门子 S7-200CNPLC 编程技术及工程 应用［M］.电子工业出版社，2010. ［5］崔坚.西门子工业网络通信指南（上册）［M］.北京：机械工业出 版社，2004,35-36. ［6］何凤有.PROFIBUS—DP 总线在煤矿井下运煤系统中的应用 煤矿机械，1999，11(8):5-7. ［J］.煤炭工程，2006 年 3 期. ［1］Sonia Gandhi.利用 EZ-USB ® 计.Cypress Sem iconductor，2011 FX3TM 从器件 FIFO 接口进行设 都看得清清楚楚，非常清晰方便 GPIF 的时序分 （上接第 331 页） 析。如果时序满足要求，就可以生成一个头文件，这个文件就是 GPIF II 描述符。只要在 CYUSB3014 的开发程序中加入这个头文件，就完成 了 GPIF 接口的时序设计。 结语 CPURESS 为开发 CYUSB3014 芯片提供的 GPIF II Designer 程序，不 仅方便开发 CYUSB3014 的 GPIF 接口时序，而且便于接口时序分析，同 时减轻了开发周期。 ［2］Sonia Gandhi. Slave FIFO Interface for EZ-USB FX3TM: 5-Bit Address Mode. Cypress Sem iconductor，2011 ［3］Cypress Sem iconductor. EZ-USB FX3 SuperSpeed USB Con- troller. Cypress Sem iconductor，2011 ［4］Karnik Shah.Interfacing an Image Sensor to EZ-USB FX3TM in a USB video class (UVC) Framework.Cypress Sem iconductor，2011 ［5］Cypress Sem iconductor.EZ-USB FX3TM SuperSpeed USB ® ® ® 参考文献 Controller. Cypress Sem iconductor，2011 — 333 — 

EZ-USB FX3的GPIF II接口时序设计 作者： 何光祖， 杨录 作者单位： 刊名： 英文刊名： 中北大学信息与通信工程学院 科技信息 Fudan International Studies Review 年，卷(期)： 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjxx201306289.aspx 2013(6)