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      基于USB2.0的MPEG視頻卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

      時(shí)間:2024-07-02 03:38:35 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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      基于USB2.0的MPEG視頻卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

      摘 要: 本文介紹了一種基于USB2.0接口的MPEG視頻卡的設(shè)計(jì)方案及其軟硬件設(shè)計(jì)方法。

      關(guān)鍵詞 :USB; 視頻卡; MPEG; WDM

      通用串行總線(Universal Serial Bus,即USB)以其方便的即插即用和熱插拔特性,以及較高的傳輸速率,成為PC領(lǐng)域廣為應(yīng)用的外設(shè)連接規(guī)范。目前,國內(nèi)外普遍采用的是USB1.1規(guī)范,它支持兩種傳輸速率:1.5Mbps和12Mbps,主要應(yīng)用在低速傳輸要求的場(chǎng)合。2000年發(fā)布的USB2.0規(guī)范提供了480Mbs的傳輸速率,以滿足更快的數(shù)據(jù)傳輸要求。

      為了使MPEG視頻卡快速地向PC機(jī)傳送大量的數(shù)據(jù),我們?cè)谠O(shè)計(jì)MPEG視頻卡與PC機(jī)的接口時(shí)采用USB2.0技術(shù)。對(duì)USB的設(shè)計(jì)與開發(fā),我們是基于CYPRESS公司的EZ-USB FX2系列的CY7C68013芯片及其FX2開發(fā)包。

      1、硬件設(shè)計(jì)

      傳統(tǒng)的采用PCI接口的MPEG視頻卡, 不但占用了有限的PCI插槽,安裝不方便,而且不支持熱插拔和即插即用。所以,在本設(shè)計(jì)中,我們選用USB2.0接口芯片對(duì)傳統(tǒng)的MPEG視頻卡進(jìn)行了改進(jìn)。

      改進(jìn)后的USB2.0接口的方案如圖1所示。

      該USB2.0接口的MPEG視頻卡的工作原理為:音視頻信號(hào)經(jīng)AK4550音頻處理芯片及AA7113視頻處理芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成8bit的PCM格式的數(shù)字信號(hào),傳入SZ1510音視頻壓縮采集芯片進(jìn)行處理,將編碼調(diào)制PCM格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合格式MPEG-1的混合影視文件,最后MPEG-1數(shù)據(jù)經(jīng)USB接口芯片送給PC機(jī)作進(jìn)一步的處理,如存儲(chǔ)、顯示等。

      設(shè)計(jì)中,我們選用的USB接口芯片是EZ-USB FX2 系列的CY7C68013芯片。該芯片是針對(duì)USB2.0的,而且和USB1.1兼容,它支持兩種傳輸速率:全速(Full_speed)12Mbps和高速(High_speed)480Mbps,它不支持低速(Low_speed)1.5Mbps。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

      CY7C68013-128AC內(nèi)部集成了一個(gè)增強(qiáng)的8051內(nèi)核,它既與標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容,又有諸多的改進(jìn):最高工作頻率48MHZ,一個(gè)指令周期只需4個(gè)時(shí)鐘周期,比標(biāo)準(zhǔn)的8051平均提高了2.5倍;2個(gè)UARTS端口;3個(gè)定時(shí)/記數(shù)器;擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)及其更多I/O口等。CY7C68013內(nèi)部集成的USB2.0的SIE能完成大部分USB2.0協(xié)議的處理工作,減少了用戶對(duì)繁雜的USB協(xié)議的處理。另外,用戶在開發(fā)時(shí),可以利用GPIF和FIFO方式實(shí)現(xiàn)與高速外圍設(shè)備之間的邏輯連接,并進(jìn)行高速數(shù)據(jù)的傳輸。在該改進(jìn)方案中,我們選用的是GPIF方式,實(shí)現(xiàn)和Z1510之間的通信。

      2、軟件設(shè)計(jì)

      USB 軟件設(shè)計(jì)包括三方面的工作:固件(Fireware)設(shè)計(jì),驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和主機(jī)端應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

      (1)固件設(shè)計(jì)

      設(shè)計(jì)中,我們考慮到MPEG視頻卡要求快速地持續(xù)地傳送大量數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)的完整性要求不太高,我們采用ISO傳輸方式。另外,我們讓CY7C68013工作在GPIF模式下的FIFO Read方式,最多可以傳輸4G byte(WORDWIDE=0)或word(WORDWIDE=1)。外設(shè)的數(shù)據(jù)由于不需8051的處理,我們采用自動(dòng)打包的方式(AUTOIN=1),直接從FIFO到SIE,這樣有利于提高傳輸速率。其主要實(shí)現(xiàn)代碼如下:

      void TD_Init( )
      {
      CPUCS = 0X01;    file://CLKSPD[1:0]=10; for 48MHz operation.
      GpifInit( );
      ……
      SYNCDELAY;
      EP6CFG = 0XDA;    file://端點(diǎn)配置: 同步IN方式、緩沖大小1024字節(jié)
      SYNCDELAY;
      FIFORESET = 0X80;   // activate NAK_ALL to avoid race conditions
      SYNCDELAY;
      FIFORESET = 0X06;   file://reset, FIFO 6
      SYNCDELAY;
      FIFORESET = 0X00;  file://deactivate NAK_ALL

      SYNCDELAY;
      EP6FIFOCFG = 0X0D; file://wordwide=1
      SYNCDELAY;
      ……
      }

      (2)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

      在WINDOWS平臺(tái)下,USB 驅(qū)動(dòng)程序由三部分組成:USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,USB總線驅(qū)動(dòng)程序和USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序,它們必須遵循WIN32驅(qū)動(dòng)程序模型(WDM)。其中,WINDOWS操作系統(tǒng)已經(jīng)提供了處于驅(qū)動(dòng)程序棧底的USB總線驅(qū)動(dòng)程序和USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序。而USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由設(shè)備開發(fā)者編寫,它通過向USB總線驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送包含URB(USB Request Block)的IRP(I/O Request Packet),來實(shí)現(xiàn)USB外設(shè)之間的信息交換。當(dāng)主機(jī)應(yīng)用程序要對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行I/O操作時(shí),它調(diào)用Windows API函數(shù)對(duì)Win32子系統(tǒng)進(jìn)行Win32調(diào)用,由I/O管理器將此請(qǐng)求構(gòu)造成一個(gè)合適的IRP,并把它傳遞給USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接受到這個(gè)IRP后,根據(jù)IRP中包含的具體操作代碼,構(gòu)造響應(yīng)的URB并把它放到一個(gè)新IRP中,然后把此IRP傳遞到USB總線驅(qū)動(dòng)程序,USB總線驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)IRP中所包含的URB執(zhí)行響應(yīng)的操作,并把操作結(jié)果通過IRP返還給USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

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