賽恩科技（Cyan Technology）的微控制器理念是集成功能于外設模塊中，同時充分運用CyanIDE圖形配置工具帶來的易用性。除了易用和元器件數量少之外，提供給用戶的好處是在驅動外設時只需要很少的定制軟件控制。這些性能導致的終結果是，采用賽恩科技公司微控制器的設備只需較小容量的存儲器，上市時間較快，功耗也較低。

　　本文以eCOG1X 16位系列產品的幾款新器件為背景，描述了USB 2.0外設的工作原理和性能，包括on the go （OTG）兼容性，并重點介紹其強大性能和易實現性。

　　背景

　　USB標準是近幾年來獲得巨大成功的標準之一。高數據率和真正的即插即用功能，使其成為PC外設的一種必然選擇，并順利取代以前的標準串口和并口。無疑，用戶使用的方便性的代價是軟件和硬件的復雜度增加。在嵌入式微控制器領域中不需要USB兼容性的系統之間，UART基本上還保留著作為串行通信信道使用。

　　為了滿足USB兼容系統的市場需求，許多微控制器在芯片上集成了USB協議控制器。但是，絕大多數只是將USB作為一個外設，需要依托外部的物理設備進行操作。絕大部分微控制器為USB外設提供軟件支持，盡管還不十分成熟，但容易使用，也容易與現有的項目集成。這樣，在熟悉軟硬件方面需要花費大量的工程時間，然后在系統中進行實現并滿足項目的規范要求。

　　eCOG1X系列產品上的 USB模塊除了滿足半智能PC外設的要求外，還能支持主機模式和OTG工作模式。OTG是USB2.0規范的擴展，它允許系統作為主機（“類型 A”），或者作為外設（“類型 B”），并且不需要獨立的硬件接口就能區分這兩種類型。OTG設備采用小型的A/B插座，允許實現mini-A 和 mini-B插入連接。eCOG1X能夠檢測并確定其連接處于主機模式還是外設模式，具體取決于插入的是哪個插座。ID引腳低電平表示主機模式，高電平表示外設模式。操作是動態的，重新配置不僅可以通過重新插入相應的連接器類型來初始化，而且當外設請求作為主機時，還可以在軟件控制下來回切換。OTG不僅在PDA中普遍使用，而且在一些工業應用也對之抱有興趣，例如數據記錄和倉庫控制系統。主要適用于將 手持設備或手機在不同時間連接到某處的主機和外設上，比如打印機，閃盤和遙控數據。。在這些應用場合，單一的標準接口連接可以適用于所有功能，無需使用多種硬件接口。

　　賽恩USB外設

　　圖1所示為eCOG1X USB外設的方框圖。

　　圖1 eCOG1X USB外設方框圖

　　一個內置的物理模塊被集成在芯片上，它支持低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）兩種模式。此外，如果需要高速（480Mbps）操作，可使用ULPI 接口連接外部PHY。這種組合使得低速或全速工作模式的eCOG1X可以用作無需外部元件的外設，而其它工作模式要求的外部元件數量也很少。

　　硬件上，eCOG1X USB外設支持USB規范轉移方法和控制轉移，中斷，數據塊（bulk）和同步，允許作為普通的USB設備，或者方便地連接到這些設備上，例如鍵盤、鍵盤驅動和聲卡。

　　USB包括4個獨立的雙向端點，以及默認的控制端點（端點0）。USB內核采用4K的內部SRAM，并通過嵌入式存儲器管理單元（MMU）實現映射，可用作控制和狀態寄存器和端點緩沖器。另外，還有2個雙緩沖和1個單緩沖數據端點可用，容量高達1k字節。雙緩沖在外設發送數據時允許緩沖器被填充。該組合使得eCOG1X可以被用作USB復合設備。

　　圖2 eCOG1X USB庫層次結構。

　　端點緩存中的數據存取是通過一個位于eCOG1X USB內核中的從FIFO接口實現的。通過eCOG1X外設寄存器可以直接存取FIFO。同樣，雙通道的DMA控制器可用于實現出入內部SRAM的高速、全雙工數據傳輸。這一性能是通過將FIFO寄存器連接到端點緩沖器和DMA控制器通道實現的。

　　軟件支持

　　賽恩為USB外設提供的軟件支持根本不需要用戶深入理解USB協議和協議棧。開始時可以用USB庫來創建程序，或者可以將USB功能加入到現有程序中。在一系列不同的層次上提供了對庫的支持，可以被分解為如下的一些功能區域：

　　建立

　　數據傳送處理器——用于FIFO和DMA

　　中斷處理器

　　提供只有必要配置的設備功能的插件

　　目前，下列USB設備已有相應的插件驅動程序：

　　人機接口設備（HID）-鍵盤（主機和外設）

　　海量存儲設備（MSD）-具有FAT的閃盤（主機）

　　音頻-外部聲卡/耳機（外設）

　　在CyanIDE環境中，USB外設可以被拖放進所選變量的印跡圖中。支持所選設備的軟件庫將被自動加入到項目中，因此留給用戶的工作量很少。利用CyanIDE幫助窗口可以很容易找到 USB內核驅動器、所有外設驅動器和庫的用戶支持文件。文件中還提供用戶API的描述，因此可以快速實現固件原型。

　　圖3 連接MSD設備所需的USB外設代碼。

　　圖3給出了一些軟件實例。這些實例表明，當利用支持FAT16/32 的 CyanIDE MSD主機庫來獲取插入到eCOG1X中的USB盤的目錄內容是如何的簡單！CyanIDE增加了USB海量存儲主機方面的插件，FAT庫則提供了磁盤讀寫所需的所有必需例程。

　　eCOG1X系列產品

　　近，賽恩科技又發布了eCOG1X可配置微控制器家族中三位新成員的消息。他們分別是eCOG1X4A5、6B5 和 6Z5，這三款都支持USB，并與已有的產品一起被列入下面的功能表中。

　　表1 具有USB功能的eCOG1X器件的多樣性。表中列出了器件號、閃存容量、片上外設和封裝類型

　　除USB之外，eCOG1X控制器還包括帶有10/100MB的以太網MAC、雙12位ADC和雙12位DAC的其它不同版本。所有器件的外設都包括32x4 LCD、多路USART/SPI/I？C、6通道電機控制PWM和雙智能卡接口。至于使用哪些外設，如何配置以及連接哪些引腳都可以在CyanIDE中進行簡單和容易地設定。根據所需外設數量的不同，三種不同的封裝在成本和空間方面給用戶提供了很大的靈活性，同時保持相互兼容。

　　總結

　　賽恩科技的eCOG1X USB外設提供了覆蓋外設、主機和OTG功能的諸多性能。硬件模塊具有CPU自治功能，并整合了對內部端點緩沖器的高速和高效DMA存取。該功能大大減少了運行設備所需的代碼量。另外，賽恩科技還提供不斷擴展的支持軟件庫，可支持各種USB設備類型和其他通用外設。這些庫使得用戶可以遠離運行所選設備所需的復雜、低層USB協議棧，并使用易于理解和便于集成的語言。除此之外，在提供USB支持時，eCOG1X具有很寬的選擇范圍，用戶可以方便地選擇價格、存儲器容量和封裝尺寸來適合他們的應用。