無線收發器CC2531的USB接口設計

　　引言
　　
　　USB接口由于其方便靈活、獨立供電的特點，已廣泛應用于數據采集與監控系統中。采用T1公司的第二代SOC芯片CC2531，實現了基于USB接口的虛擬串口通信，并以溫度監測系統將其引入到實際工程中來。
　　
　　1、CDC類簡介
　　
　　在USB的文件中，定義了將某種相同屬性的設備整合在一起的群體，稱之為類。這樣做可以同時開發該類的驅動程序，提高了驅動程序的復用性。CDC類是通信設備類的簡稱，是專為各種通信設備定義的子類。根據應用場合的不同，CDC類可以分成以下不同的模型：POST（傳統純業務）模型、ISDN模型和Networking（網絡）模型。其中，POST模型又可以分為DL（直接線控制）模型、AC（抽象控制）模型、Datapump（數據泵）模型、T（）模型。CDC類的結構如圖1所示。本文的USB接口開發就屬于POST模型下的AC模型。　　
　　此外，CDC又由CommunicationInterfaceClass（通信接口類）和DataInterfaceClass（數據接口類）組成。通信接口類主要負責設備的管理和控制，數據接口類則負責數據的傳輸。不同的模型端點需求不同，對系統所用的抽象控制模型來說，通信接口類需要一個控制端點（ControlEndpoint）來管理設備的枚舉、虛擬串口的波特率和數據類型的設置。數據接口類的需求相對比較靈活，本例中采用一個塊傳輸IN端點和一個等時傳輸OUT端點。
　　
　　2、CC2531芯片簡介
　　
　　CC2531是TI公司針對2．4GHzISM頻帶推出的第二代支持ZigBee／IEEE802．15．4協議的片上集成芯片。
　　
　　其內部集成了高性能射頻收發器、工業標準增強型8051MCU內核、256KBFlash和8KBRAM；具有1個USB全速接口、2個USART、8位和16位定時器、看門狗定時器、8路輸入可配置的12位ADC、21個GPIO、AES128協同處理器；硬件支持CSMA-CA、數字化的RSSI／LQI和強大的DMA功能，具有電池監測和溫度感測功能。
　　
　　CC2531全速USB接口的結構如圖2所示。其特性如下：　　
　　◆全速操作（12Mbps）；
　　
　　◆6個端口，端口0為控制端點，其余5個為數據傳輸端點；
　　
　　◆具有1KBSRAM（FIFO）存儲USB數據包；
　　
　　◆端口支持的數據包大小為8～512字節；
　　
　　◆支持雙緩沖傳輸模式。
　　
　　端點0（EP0）為控制端點，枚舉階段的通信都是通過該端口完成的。端點1～5（EP1～5）可以通過SFR配置為等時、塊、中斷3種傳輸方式。其中塊傳輸端點和中斷傳輸端點對應的USB寄存器設置是一樣的，但在固件方面具有不同的屬性。同時為了加快數據傳輸，還可以使用雙緩沖模式。在配置各個端點的屬性之前，必須通過特殊寄存器USBINDEX來選擇不同的端點，以此來選擇當前進行配置的端點寄存器組。
　　
　　3、USB通信的實現
　　
　　CC2531的USB硬件連接很簡單，如圖3所示。采用USB總線供電方式，通過電壓轉換芯片AM1117-3．3為硬件電路提供3．3V電壓（圖中未畫出）。由于該設備為全速設備，因此D+信號線通過電阻上拉。　　
　　按照CDC類抽象控制模型對端點的需求，采用端點0作為控制端點，完成設備的枚舉和串口參數的設置。將端點2和端點4分配給數據接口子類，作為IN和OUT端點，虛擬串口的數據傳輸主要在這兩個端點進行。具體的配置如下：　　
　　下面以IN端點2為例，說明數據如何通過USB接口傳遞到電腦上。當電腦發出IN請求時，如果USB端點2的FIFO非空，就向電腦發送FIFO里的內容；如果FIFO為空，則向電腦發送一個空包作為回應。CC2531通過寄存器位USBCSIL．INPKT_RDY來控制電腦和8051MCU內核對USB的FIFO的使用權。當INPKT_RDY=1時，電腦正在對USB端口進行訪問，8051MCU內核無法向FIFO內寫入數據；當INPKT_RDY=0時，8051MCU內核可以將發送數據寫入FIFO內，置位INPKT_RDY=1，完成數據的上傳。其流程如圖4所示。　　
　　4、溫度采集的實現
　　
　　采用CC2531作為溫度數據的匯聚節點，采用IEEE802．15．4協議組成一個由10個采集終端組成的星狀網絡，對終端節點的溫度進行采集。終端節點硬件由CC2530實現，溫度傳感器采用DS18B20。上位機由VisualC++編寫，實現數據的實時顯示，并實現數據的存儲和歷史溫度查詢。CC2531的USB設備描述符里聲明PID=0x1000，VID=0x0451，UBS驅動采用WindowsXP系統提供的usbser．sys。溫度采集結果如圖5所示。　　
　　5、結語
　　
　　采用CC2531無線單片機，實現了基于USB接口的虛擬串口通信，并詳細介紹了基于CDC類的USB虛擬串口通信的實現。實驗結果表明，數據傳輸率滿足采用IEEE802．15．4協議的低速無線傳感器網絡的要求，同時又避免了PC端驅動程序的開發，具有一定的實際意義。