具有 USB OTG功能的eCOG1X微控制器

赛恩科技(Cyan Technology)的微控制器理念是集成高级功能于外设模块中，同时充分运用CyanIDE图形配置工具带来的易用性。除了易用和元器件数量少之外，提供给用户的最大好处是在驱动外设时只需要很少的定制软件控制。这些性能导致的最终结果是，采用赛恩科技公司微控制器的设备只需较小容量的存储器，上市时间较快，功耗也较低。

本文以eCOG1X 16位系列产品的几款新器件为背景，描述了USB 2.0外设的工作原理和性能，包括on the go (OTG)兼容性，并重点介绍其强大性能和易实现性。

背景

USB标准是最近几年来获得巨大成功的标准之一。高数据率和真正的即插即用功能，使其成为PC外设的一种必然选择，并顺利取代以前的标准串口和并口。无疑，用户使用的方便性的代价是软件和硬件的复杂度增加。在嵌入式微控制器领域中不需要USB兼容性的系统之间，UART基本上还保留着作为串行通信信道使用。

为了满足USB兼容系统的市场需求，许多微控制器在芯片上集成了USB协议控制器。但是，绝大多数只是将USB作为一个外设，需要依托外部的物理设备进行操作。绝大部分微控制器为USB外设提供软件支持，尽管还不十分成熟，但容易使用，也容易与现有的项目集成。这样，在熟悉软硬件方面需要花费大量的工程时间，然后在系统中进行实现并满足项目的规范要求。

eCOG1X系列产品上的 USB模块除了满足半智能PC外设的要求外，还能支持主机模式和OTG工作模式。OTG是USB2.0规范的扩展，它允许系统作为主机(“类型 A”)，或者作为外设(“类型 B”)，并且不需要独立的硬件接口就能区分这两种类型。OTG设备采用小型的A/B插座，允许实现mini-A 和 mini-B插入连接。eCOG1X能够检测并确定其连接处于主机模式还是外设模式，具体取决于插入的是哪个插座。ID引脚低电平表示主机模式，高电平表示外设模式。操作是动态的，重新配置不仅可以通过重新插入相应的连接器类型来初始化，而且当外设请求作为主机时，还可以在软件控制下来回切换。OTG不仅在PDA中普遍使用，而且在一些工业应用也对之抱有兴趣，例如数据记录和仓库控制系统。主要适用于将 手持设备或手机在不同时间连接到某处的主机和外设上，比如打印机，闪盘和遥控数据监控器。在这些应用场合，单一的标准接口连接可以适用于所有功能，无需使用多种硬件接口。

赛恩USB外设

图1所示为eCOG1X USB外设的方框图。

图1 eCOG1X USB外设方框图

一个内置的物理模块被集成在芯片上，它支持低速(1.5Mbps)和全速(12Mbps)两种模式。此外，如果需要高速(480Mbps)操作，可使用ULPI 接口连接外部PHY。这种组合使得低速或全速工作模式的eCOG1X可以用作无需外部元件的外设，而其它工作模式要求的外部元件数量也很少。

硬件上，eCOG1X USB外设支持USB规范转移方法和控制转移，中断，数据块(bulk)和同步，允许作为普通的USB设备，或者方便地连接到这些设备上，例如键盘、键盘驱动和声卡。

USB包括4个独立的双向端点，以及默认的控制端点(端点0)。USB内核采用4K的内部SRAM，并通过嵌入式存储器管理单元(MMU)实现映射，可用作控制和状态寄存器和端点缓冲器。另外，还有2个双缓冲和1个单缓冲数据端点可用，容量高达1k字节。双缓冲在外设发送数据时允许缓冲器被填充。该组合使得eCOG1X可以被用作USB复合设备。

图2 eCOG1X USB库层次结构。

端点缓存中的数据存取是通过一个位于eCOG1X USB内核中的从FIFO接口实现的。通过eCOG1X外设寄存器可以直接存取FIFO。同样，双通道的DMA控制器可用于实现出入内部SRAM的高速、全双工数据传输。这一性能是通过将FIFO寄存器连接到端点缓冲器和DMA控制器通道实现的。

软件支持

赛恩为USB外设提供的软件支持根本不需要用户深入理解USB协议和协议栈。开始时可以用USB库来创建程序，或者可以将USB功能加入到现有程序中。在一系列不同的层次上提供了对库的支持，可以被分解为如下的一些功能区域：

• 建立

• 数据传送处理器——用于FIFO和DMA

• 中断处理器

• 提供只有必要配置的设备功能的插件

目前，下列USB设备已有相应的插件驱动程序：

• 人机接口设备(HID)-键盘(主机和外设)

• 海量存储设备(MSD)-具有FAT的闪盘(主机)

• 音频-外部声卡/耳机(外设)

在CyanIDE环境中，USB外设可以被拖放进所选变量的印迹图中。支持所选设备的软件库将被自动加入到项目中，因此留给用户的工作量很少。利用CyanIDE帮助窗口可以很容易找到 USB内核驱动器、所有外设驱动器和库的用户支持文件。文件中还提供用户API的描述，因此可以快速实现固件原型。

图3 连接MSD设备所需的USB外设代码。

图3给出了一些软件实例。这些实例表明，当利用支持FAT16/32 的 CyanIDE MSD主机库来获取插入到eCOG1X中的USB盘的目录内容是如何的简单！CyanIDE增加了USB海量存储主机方面的插件，FAT库则提供了磁盘读写所需的所有必需例程。

eCOG1X系列产品

最近，赛恩科技又发布了eCOG1X可配置微控制器家族中三位新成员的最新消息。他们分别是eCOG1X4A5、6B5 和 6Z5，这三款都支持USB，并与已有的产品一起被列入下面的功能表中。

表1 具有USB功能的eCOG1X器件的多样性。表中列出了器件号、闪存容量、片上外设和封装类型

除USB之外，eCOG1X控制器还包括带有10/100MB的以太网MAC、双12位ADC和双12位DAC的其它不同版本。所有器件的外设都包括32x4 LCD、多路USART/SPI/I²C、6通道电机控制PWM和双智能卡接口。至于使用哪些外设，如何配置以及连接哪些引脚都可以在CyanIDE中进行简单和容易地设定。根据所需外设数量的不同，三种不同的封装在成本和空间方面给用户提供了很大的灵活性，同时保持相互兼容。

总结

赛恩科技的eCOG1X USB外设提供了覆盖外设、主机和OTG功能的诸多高级性能。硬件模块具有CPU自治功能，并整合了对内部端点缓冲器的高速和高效DMA存取。该功能大大减少了运行设备所需的代码量。另外，赛恩科技还免费提供不断扩展的支持软件库，可支持各种USB设备类型和其他通用外设。这些库使得用户可以远离运行所选设备所需的复杂、低层USB协议栈，并使用易于理解和便于集成的高级语言。除此之外，在提供USB支持时，eCOG1X具有很宽的选择范围，用户可以方便地选择价格、存储器容量和封装尺寸来适合他们的应用。

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