Этот даташит описывает контроллеры TUSB3410, TUSB3410I компании Texas Instruments (перевод оригинального даташита [1]). Все незнакомые термины и аббревиатуры смотрите в словарике, в конце статьи.

[1. Введение]

1.1. Общее описание контроллера TUSB3410

TUSB3410 предоставляет мостовое соединение между портом USB и расширенным последовательным портом UART. TUSB3410 содержит всю необходимую логику для обмена данными с хостом (компьютером) с использованием шины USB. Внутри - ядро микроконтроллера 8052 (MCU) с 16 кбайт RAM, причем эта RAM может быть загружена либо из хоста PC через USB, либо из внешней подключенной микросхемы памяти по шине I2C. В TUSB3410 также содержится 10 кбайт ROM, которая позволяет сконфигурировать порт USB при включении питания и загрузке (boot time). Код ROM содержит в себе встроенный бутлоадер I2C. Весь функционал устройства, такой как декодирование команд, настройка UART, сообщение об ошибках - заложен в программном обеспечении firmware MCU. Это firmware работает под управлением хоста PC.

Микросхема TUSB3410 может быть использована как интерфейс между с каким-нибудь устройством, имеющим традиционный последовательный порт, и компьютером PC с портами USB. После того, как TUSB3410 сконфигурирована, поток данных от хоста до TUSB3410 через команды USB OUT выходит затем через сигнальную линию SOUT чипа TUSB3410. В обратном направлении поток данных входит в TUSB3410 через линию SIN, и затем поступает в хост через команды USB IN.

Рис. 1-1. Как проходят потоки данных в чипе TUSB3410.

Пояснения к рис. 1-1:

Host хост, компьютер или устройство On-The-Go, которое может работать и как хост, и как устройство USB.
In, Out направления передачи данных по шине USB. С этими направлениями связаны одноименные конечные точки и названия транзакций и пакетов.
SOUT, SIN сигналы TTL последовательного порта, работающего по стандарту RS-232.
Legacy Serial Peripheral стандартное периферийное устройство, имеющее аппаратный последовательный порт RS-232. Это может быть, к примеру, какой-нибудь внешний микроконтроллер.

Рис. 1-2. Блочная диаграмма TUSB3410.

Пояснения к рис. 1-2:

Clock Oscillator тактовый генератор, работающий от внешнего кварцевого резонатора 12 МГц.
PLL and Dividers узел ФАПЧ и делителя, который вырабатывает внутреннюю тактовую частоту 24 МГц.
DP, DM физические сигналы данных шины USB D+ и D-.
USB TxR узел трансивера физических сигналов шины USB.
USB Serial Interface Engine аппаратный преобразователь последовательных сигналов шины USB в параллельный код.
10K x 8 ROM память ROM (ПЗУ) 10 килобайт, в которой записан код загрузки (bootcode, бутлоадер).
16K x 8 RAM память RAM (ОЗУ) 16 килобайт, которая предназначена для загрузки в неё программы приложения firmware (код программы для MCU 8052).
2K x 8 SRAM память ОЗУ 2 килобайта, которая расположена в области XDATA архитектуры 8052 и предназначена для хранения данных firmware.
CPU-I/F Suspend/Resume узел управления приостановкой и возобновлением работы CPU.
UBM USB Buffer Manager менеджер буферов USB.
TDM Control Logic логика управления потоками данных DMA.
2 x 16-Bit Timers два таймера, стандартных для архитектуры 8052.
Port 3 порт ввода/вывода P3 (GPIO), также стандартный для архитектуры 8052.
P3.0, P3.1, P3.3, P3.4 выводы порта P3.
I²C Controller аппаратный контроллер шины I2C.
DMA-1, DMA-3 каналы прямого доступа к памяти.
UART-1 последовательный порт.
SIN, SOUT сигналы данных последовательного порта.
~RTS, ~CTS, ~DTS, ~DSR стандартные сигналы интерфейса RS-232. Тильда в начале имени означает логическую инверсию.
IR Encoder кодер для получения сигналов последовательного канала инфракрасной передачи.
IR Decoder декодер для преобразования сигнала инфракрасного канала в последовательный код.
SOUT/IR_SOUT выходной сигнал последовательного порта.
SIN/IR_SIN входной сигнал последовательного порта.

[2. Основные особенности контроллера TUSB3410]

2.1. USB

• Полностью совместим со стандартом USB 2.0: TID #40340262.
• Поддерживает скорость передачи данных USB до 12 мегабит/сек (full speed).
• Поддерживает приостановку работы USB (USB suspend), возобновление работы (USB resume), и функцию удаленного пробуждения (remote wakeup).
• Поддерживает два режима питания:
   - питание от шины USB (Bus-powered mode)
   - питание от собственного отдельного источника питания (Self-powered mode)
• Может поддерживать до трех входных (IN endpoint) и до трех выходных (OUT endpoint) конечных точек (работающих в режимах interrupt, bulk).

2.2. Основные возможности

• Контроллер основан на встроенном ядре 8052, которое содержит:
   - 256 килобайт RAM для внутренних данных (IDATA архитектуры 8052).
   - 10 килобайт ROM (в котором записаны нестираемый бутлоадер USB и I2C).
   - 16K килобайт RAM для кода firmware, который может быть загружен с хоста или через порт I2C.
   - 2 килобайта общей RAM, которая используется как буферные данные и блоки дескрипторов конечной точки (endpoint descriptor blocks, EDB).
   - 4 ножки GPIO, подключенные к порту 3 (P3) микроконтроллера 8052.
   - главный контроллер I2C для доступа к микросхеме EEPROM.
   - MCU работает на частоте 24 МГц со скоростью 2 MIPS.
   - сторожевой таймер 128 мс (watchdog timer).
• Два встроенных контроллера DMA для операций ввода/вывода I/O через порты USB/UART.
• Работает от кварца 12 МГц.
• Поддерживает засыпание и пробуждение USB (suspend и resume).
• Поддерживает процедуру пробуждения хоста (remote wake-up).
• Имеет 32-выводный корпус LQFP.
• Использует напряжение питания 3.3V и имеет встроенный регулятор напряжения 1.8V, который можно использовать для питания ядра микроконтроллера.

2.3. Порт UART с расширенными возможностями

• Программно/аппаратное управление потоком данных (Software/hardware flow control):
   - программируемые символы Xon/Xoff.
   - программируемые автоматически работающие сигналы ~RTS/~DTR и ~CTS/~DSR.
• Автоматическое управление приемопередатчиком шины RS-485, с включенным и выключенным эхо.
• Выбираемый режим IrDA, работающий на скорости до 115.2 килобит/сек (kbps).
• Программно задаваемая скорость передачи UART (baud rate) в диапазоне от 50 до 921.6 килобод.
• Программируемые характеристики UART:
   - количество бит в символе может быть выбрано 5, 6, 7, или 8.
   - выбор генерации и детектирования бита четности Even (четно), odd (нечетно), или no parity (без бита четности).
   - выбор количества стоповых бит 1, 1.5, или 2 (stop bit).
• Генерация и детектирования сигнала останова передачи (Line break).
• Встроенный тест и замыкание со входа на выход (loop-back).
• Функции для управления модемом (сигналы ~CTS, ~RTS, ~DSR, ~DTR, ~RI и ~DCD).
• Внутренняя диагностика:
   - управление Loopback (соединение входа с выходом для проверки), для коммуникаций при потери связей.
   - симуляция событий и ошибок Break, parity, overrun, framing-error.

2.4. Цоколевка корпуса (расположение выводов, вид сверху)

Корпус VF, вид сверху	Корпус RHB, вид снизу

Таблица 2-1. Назначение и нумерация выводов TUSB3410

Примечания к таблице 2-1 (тильда ~ в именах сигналов означает логическую инверсию):

1. Выход буфера CMOS с тремя состояниями выхода (нагрузочная способность +- 4 mA).
2. Выход буфера CMOS с тремя состояниями выхода (нагрузочная способность +- 8 mA).
3. Выход буфера CMOS с тремя состояниями выхода (нагрузочная способность +- 12 mA).
4. Вход совместимый с TTL, с гистерезисом.
5. Вход совместимый с TTL, с гистерезисом, с внутренним активным верхним (pullup) нагрузочным резистором на 100 mkA.
6. Вход совместимый с TTL, без гистерезиса, с внутренним активным верхним (pullup) нагрузочным резистором на 100 mkA.
7. Нормальный режим или IR-режим: выход буфера CMOS с тремя состояниями выхода (нагрузочная способность +- 4 mA).
8. MCU работает с выходами как с открытым стоком таким образом, что низкий уровень может удерживаться на выходе продолжительное время, а высокий уровень появляется на выходе только на 2 такта CPU, после чего выход переходит в состояние высокого сопротивления (третье состояние).

[3. Подробное описание TUSB3410]

3.1. Рабочие режимы

TUSB3410 управляет поведением интерфейса в ответ на команды USB, и это функционирование зависит от выбранного режима последовательного порта. С другой стороны, последовательный порт может конфигурироваться в трех различных режимах.

Как и в любом интерфейсном устройстве, передача данных является основной функцией TUSB3410, но обычно начальное конфигурирование и обработка ошибок требует некоторой поддержки в коде firmware. В последующих секциях будет описаны различные режимы, которые могут быть использованы для устройства, что представляет из себя конфигурирование в данных режимах.

3.2. Конфигурация интерфейса USB

TUSB3410 содержит встроенный микрокод, который позволяет MCU настроить USB, чтобы оно успешно прошло процедуру энумерации на хосте. Микрокод ROM может также загрузить код приложения пользователя (application code) во внутреннюю память RAM из внешней памяти через шину I2C (такую шину имеют многие популярные микросхемы EEPROM с последовательным интерфейсом) или от хоста, прямо через интерфейс USB.

3.2.1. Загрузка кода из подключенной внешней памяти

После сброса (или включения питания) TUSB3410 отключается от USB (сигналы приводятся в такое состояние, что хост видит устройство отключенным, даже если оно подключено к порту USB). Бит 7 (CONT) регистра USBCTL (см. секцию 5.4) очищается. TUSB3410 проверяет порт I2C на наличие подключенной внешней микросхемы памяти (например, это может быть микросхема 24C512), и наличие в ней допустимого прошитого кода; если валидный код найден, то этот код считывается из микросхемы памяти и загружается во внутреннюю RAM, которая включена в область память программ. Как только код загружен, TUSB3410 подключается к USB установкой бита CONT, и затем происходят стандартные процессы энумерации и конфигурирования. Такой вариант загрузки используется наиболее часто.

Примечание: для подготовки дампа кода (чтобы он стал допустимым для загрузки TUSB3410) и прошивки его в память EEPROM фирма Texas Instruments предоставляет специальную утилиту подготовки образа для EEPROM Header.exe, см. [2].

3.2.2. Загрузка кода из хоста PC

Если по шине I2C не удалось найти и считать допустимый код, то TUSB3410 сама подключается к USB (бутлоадер устанавливает бит 7 CONT регистре USBCTL, см. секцию 5.4), и затем проходит конфигурирование и стандартную энумерацию на хосте. После этого код может загрузить дополнительный код в RAM, этот код может содержать в себе приложение пользователя. После загрузки кода MCU автоматически делает переподключение к USB с помощью сброса и установки бита CONT, что приводит к повторной энумерации на хосте, но теперь уже под управлением кода, загруженного в RAM. Теперь конфигурация устройства USB может быть совсем другой, полностью зависящей от загруженного в RAM кода firmware.

Для того, чтобы загрузка через USB работала, необходима установка драйвера USB TI WDF USBUART Single Driver, см. [2].

3.3. Передача данных по USB

По стандарту USB микросхема TUSB3410 видится на хосте как периферийное устройство USB. Как и все такие устройства, оно использует endpoint 0 как конечную точку управления (control endpoint). Дополнительно могут сконфигурированы до 3 входных конечных точек (input endpoint) и выходных (output endpoint). Большинство приложений используют одну bulk input endpoint для ввода данных в хост (data in) и одну bulk output endpoint для вывода данных из хоста (data out), и одну interrupt endpoint для обновления статуса устройства. Конфигурация USB может оставаться одинаковой независимо от конфигурации последовательного порта.

Чаще всего данные передаются со стороны USB на сторону UART (и в обратном направлении) с использованием встроенного в чип контроллер DMA. В некоторых особых случаях (например, если нужно реализовать устройство класса USB HID) управление перемещением данных может осуществляться программно с помощью кода firmware MCU.

3.4. Настройка последовательного порта

Последовательный порт требует некоторой настройки управляющих регистров, которые должны быть записаны для конфигурирования порта. Эта конфигурация может быть одинаковой независимо от используемого способа передачи данных. Эти регистры включают в себя регистр управления линией (line control register), который управляет форматом передаваемого слова и регистры делителя, которые задают скорость передачи (baud rate).

Эти регистры обычно управляются приложением хоста.

3.5. Режимы данных последовательного порта

Последовательный порт может быть сконфигурирован в трех различных (однако похожих друг на друга в работе) режимах передачи данных (data mode): RS-232 data mode, RS-485 data mode и IrDA data mode. Как и режим USB режим последовательного порта обычно конфигурируется однократно (при сбросе/загрузке или включении питания) и дальше в процессе работы не меняется. Различие между режимами заключается в интервалах времени последовательного ввода и вывода или в использовании дополнительных управляющих сигналов. Однако базовый процесс преобразования последовательного кода USB в параллельный и затем из параллельного снова в последовательный (и обратно) одинаковый для всех режимов. Некоторые опции настройки доступны для всех режимов, а некоторые могут использоваться только для определенных режимов. Например, программное управление потоком (software flow control) с помощью символов Xoff/Xon может быть использовано во всех режимах, но может использоваться только в режимах RS-232 или IrDA, потому что режим RS-485 работает в полудуплексе. Точно так же аппаратное управление потоком (hardware flow control) и процедура установки связи (handshaking) с использованием сигналов ~RTS/~CTS (или ~DTR/~DSR) доступна в режимах RS-232 или IrDA. Однако в реальности эта возможность может использоваться только в режиме RS-232 mode, потому что режим IrDA имеет только сигналы SIN и SOUT, гальванически развязанные оптикой (обычно оптронами).

3.5.1. RS-232 Data Mode

Режим по умолчанию называется RS-232 mode, он обычно используется для полнодуплексного (full duplex) обмена данными через сигналы SOUT и SIN. В этом режиме выходы управления модемом (~RTS и ~DTR) соединены с модемом и обычно настроены как цифровые выходы. Входы управления модемом (~CTS, ~DSR, ~DCD и ~RI/CP) также обычно соединены с модемом и настроены как цифровые входы. Альтернативно ~RTS и ~CTS (или ~DTR и ~DSR) могут регулировать поток данных через SOUT и SIN для предотвращения переполнения приемного FIFO. И наконец, с той же целью может использоваться программное управление потоком (software flow control) через символы Xoff/Xon.

Режим RS-232 представлен во многих приложениях, и другие режимы являются подмножеством этого режима.

3.5.2. RS-485 Data Mode

Режим RS-485 очень похож на режим RS-232 тем, что назначение линий SOUT, SIN и формат сигнала на них остались такими же. Поскольку RS-485 имеет шинную архитектуру с неотъемлемым свойством системы обмена с одиночным дуплексом. В режиме RS-485 микросхема TUSB3410 управляет сигналами ~RTS и ~DTR, которые могут разрешить либо драйвер RS-485 (передатчик), либо приемник RS-485. В режиме RS-485 разрешающие сигналы для передачи автоматически выставляются всякий раз, когда DMA настроен на выдачу данных. Приемник может быть оставлен разрешенным при разрешенном драйвере (передатчике), чтобы позволить при необходимости принимать эхо, но когда ожидаются реальные данные из канала RS-485, то при приеме драйвер должен быть запрещен. Заметьте, что это устраняет аппаратное управление потоком (hardware flow control), поскольку работа по передаче данных идет в полудуплексе (то в одном направлении, то в другом, и никогда в обоих направлениях сразу), и аппаратное управление потоком не эффективно. Программное управление потоком (software flow control) также поддерживается, но оно может иметь ограниченное значение.

Режим RS-485 разрешается установкой бита 7 (485E) в регистре FCRL (см. секцию 7.1.4), и бита 1 (RCVE) в регистре MCR (см. секцию 7.1.6), что позволяет приемнику подслушивать в режиме RS-485.

3.5.3. IrDA Data Mode

В режиме IrDA сигнал SOUT кодируется и SIN декодируется по стандарту IrDA, и данные могут передаваться со скоростью до 115.2 килобит/сек (kbps). При этом требуется подключение к внешнему трансиверу IrDA. Обмен данными обычно идет в полном дуплексе (full duplex), т. е. сразу в двух направлениях. Обычно в системе IrDA только сигналы SOUT и SIN подключены к аппаратуре, так что аппаратное управление потоком (hardware flow control) не подразумевается. Также поддерживается программное управление потоком (software flow control).

Режим IrDA разрешается установкой бита 6 (IREN) в регистре USBCTL (см. секцию 5.4).

Схемы кодера и декодера IR работают совместно с UART, чтобы преобразовать поток бит в последовательность импульсов, и обратно. Для каждого нулевого бита во входном потоке данных кодер вырабатывает и отправляет импульс 0 -> 1 -> 0 с длительностью 3/16 от длительности фрейма бита, посередине времени бита. Для каждого единичного бита в потоке данных выход кодера остается в лог. 0 на все время длительности бита.

Процесс декодирования состоит из приема сигнала от приемника IrDA и преобразование его обратно в последовательность ноликов и единичек. В соответствии с преобразованием кодера, декодер преобразует импульс в бит нуля и отсутствие импульса в бит единицы.

Рис. 3-1. Выбор режима RS-232 и IR

Пояснения к рисунку 3-1:

From UART, SOUT сигнал данных с выхода UART.
IREN бит в регистре USBCTL, который разрешает работу IR.
UART BaudOut Clock тактовая частота для UART, от которой зависит скорость передачи.
TXCNTL бит в регистре MODECNFG, управляющий режимом управления передачей (см. секцию 5.5).
SOFTSW бит в регистре MODECNFG, позволяющий программно разрешать работу выхода передатчика(см. секцию 5.5).
CLKSLKT бит в регистре MODECNFG, управляющий выбором тактовой частоты, появляющейся на выходе CLKOUT.
To UART Receiver, SIN сигнал данных, поступающий на вход приемника UART.
SOUT/IR_SOUT выходной порт (внешний вывод) передатчика UART/IR.
SIN/IR_SIN входной порт (внешний вывод) приемника UART/IR.
CLKOUT выходной порт (внешний вывод), на который выводится тактовая частота.

Рис. 3-2. Реализация интерфейса USB < -- > Serial (RS-232)

Рис. 3-3. Реализация интерфейса USB < -- > RS-485

[4. Карта памяти (Memory Map) MCU]

На рисунке 4-1 показана карта памяти (адресное пространство) микроконтроллера в двух режимах - загрузка под управлением бутлоадера (boot) и режим нормальной работы (normal operation, когда программа пользователя загружена в память RAM).

Примечание: на рис. 4-1 не показана внутренняя стандартная для архитектуры MCS-51 память RAM (DATA 256 байт, которые находятся в отдельном адресном пространстве ядра 8052 - адреса от 0000h до 00FFh). Затененные области представлены внутренним ROM/RAM.

• Когда бит 0 (SDW) регистра ROMS установлен в 0 (boot mode)

В этом случае 10 килобайт ROM отображены на начальные адреса CODE 0x0000 .. 0x27FF, и эта область задублирована также по адресам CODE 0x8000 .. 0xA7FF. Внутренняя память 16 килобайт RAM отображена на адреса XDATA 0x0000 .. 0x3FFF. Буферы, MMR и I/O отображены на диапазон XDATA 0xF800 .. 0xFFFF.

• Когда бит 0 (SDW) регистра ROMS установлен в 0 (normal mode)

10 килобайт ROM отображен на CODE 0x8000 .. 0xA7FF. Внутренние 16 килобайт RAM отображены на CODE 0x0000 .. 0x3FFF. Буферы, MMR и I/O отображены на диапазон XDATA 0xF800 .. 0xFFFF, на то же самое место.

Рис. 4-1. Карта памяти MCU

4.1. Различные регистры

4.1.1. ROMS: ROM Shadow Configuration Register (адрес FF90h) - регистр конфигурации затенения

Этот регистр используется MCU для переключения из режима загрузки (boot mode) в обычный режим (normal operation mode), причем boot mode устанавливается только по сбросу при включении. Дополнительно этот регистр предоставляет номер ревизии устройства и конфигурацию ROM/RAM.

Таблица 4-1. Определение размера ROM/RAM

* сейчас жестко используется только этот вариант.

4.1.2. Работа в состоянии Boot (загрузка MCU firmware в память CODE RAM)

Поскольку кодовое пространство firmware находится в CODE RAM (исключая boot ROM), то firmware для TUSB3410 должно быть загружено из какой-то внешней памяти. Как уже упоминалось, таких источников внешней памяти два: один это внешняя последовательная микросхема EEPROM с интерфейсом I2C, и другой это хост, подключенный через USB. Когда устройство сброшено, бит 0 (SDW) в регистре ROMS (см. секцию 4.1.1) и бит 7 (CONT) в регистре USBCTL (см. секцию 5.4) очищены. Это конфигурирует карту памяти в состояние boot mode (см. таблицу 4-3) и удерживает устройство в состоянии отключения от хоста. Первая инструкция кода выбирается по адресу CODE 0000h (сейчас в это место отображены 10 килобайт ROM). 16 килобайт RAM отображены в область XDATA (начиная с адреса 0000h). MCU под управлением бутлоадера ROM читает внешнюю память EEPROM и проверяет данные в ней на наличие кода (по специальной сигнатуре загрузки). Если в EEPROM содержит соответствующий допустимый код (правильную сигнатуру), то MCU читает код firmware из EEPROM и записывает его в 16 килобайт XDATA RAM. Если код (сигнатура) не найден, то MCU выполняет загрузку из USB.

Как только код загружен, MCU устанавливает бит SDW регистра ROMS в 1. Это переключает карту памяти в normal mode; как только это сделано, 16 килобайт RAM будут отображены на адресное пространство CODE (начиная с адреса 0000h), и MCU начнет оттуда выполнение программы. Код снова инициализирует USB и устройство проходит обычную процедуру энумерации на хосте.

4.1.3. WDCSR: Watchdog Timer, Control, and Status Register (адрес FF93h) - регистр сторожевого таймера, управления и статуса

В TUSB3410 имеется сторожевой таймер (WDT, WatchDog Timer) с дискретностью 1 мс. Если к этому регистру не было обращения в течение 128 мс, то счетчик WDT сбрасывает MCU (см. рис. 5-1). Сторожевой таймер по умолчанию разрешен, и его можно запретить, если записать сигнатуру 101010b в биты WDD[5:0] регистра. Тактовый сигнал с периодом 1 мс для WDT поступает от импульсов SOF. Таким образом, чтобы таймер WDT считал, должен быть установлен бит 7 (CONT) в регистре USBCTL (см. секцию 5.4).

4.2. Буферы и карта памяти ввода вывода (I/O)

Адресное пространство XDATA в диапазоне от F800h до FFFFh (2 килобайта) зарезервировано для буферов данных, пакета настройки USB (setup packet), блоков дескрипторов конечной точки (endpoint descriptors block, EDB), и ввода/вывода (I/O). Здесь 128 ячеек зарезервированы для регистров MMR. В таблице 4-2 представлено пространство XDATA и ограничение доступа к нему через DMA, менеджер буфера USB (USB buffer manager, UBM) и MCU.

Таблица 4-2. Адресное пространство XDATA

Таблица 4-3. Адресное пространство XDATA для регистров MMR (адреса FF80h .. FFFFh)

Таблица 4-4. Адресное пространство XDATA для ячеек EDB

4.3. Endpoint Descriptor Block (от EDB-1 до EDB-3)

Передачи данных через между USB, MCU и внешними устройствами определены в endpoint descriptor block (EDB). Имеется три input EDB и три output EDB. За исключением EDB-0 (I/O endpoint-0), все EDB размещены в SRAM, как описано в таблице 4-3. Каждый EDB содержит информацию, описывающую X- и Y- буферы. В дополнение, каждый EDB предоставляет общую информацию статуса.

В таблице 4-5 показаны записи для блоков EDB от EDB-1 до EDB-3. Регистры EDB-0 описаны в таблице 4-6.

Таблица 4-5. Регистры конечной точки и смещения в RAM (n = 1 .. 3)

Таблица 4-6. Базовые адреса регистров конечной точки

4.3.1. OEPCNF_n: Output Endpoint Configuration (n = 1 .. 3) (базовые адреса: FF08h, FF10h, FF18h) - конфигурация Output Endpoint

4.3.2. OEPBBAX_n: Output Endpoint X-Buffer Base Address (n = 1 .. 3) (смещение 1) - базовый адрес X-буфера Output Endpoint

В регистре OEPBBAX_n задано смещение относительно адреса 0xF800 в области данных XDATA. Т. е. реальный абсолютный адрес буфера, в который будет класть данные UBM, вычисляется следующим образом:

OUT_BUFFERXn_ADDRESS = 0xF800 + (OEPBBAX_n << 3)

4.3.3. OEPBCTX_n: Output Endpoint X Byte Count (n = 1 .. 3) (смещение 2) - счетчик байт X-буфера Output Endpoint

4.3.4. OEPBBAY_n: Output Endpoint Y-Buffer Base Address (n = 1 .. 3) (смещение 5) - базовый адрес Y-буфера Output Endpoint

В регистре OEPBBAY_n задано смещение относительно адреса 0xF800 в области данных XDATA. Т. е. реальный абсолютный адрес буфера, в который будет класть данные UBM, вычисляется следующим образом:

OUT_BUFFERYn_ADDRESS = 0xF800 + (OEPBBAY_n << 3)

4.3.5. OEPBCTY_n: Output Endpoint Y Byte Count (n = 1 .. 3) (смещение 6) - счетчик байт Y-буфера Output Endpoint

4.3.6. OEPSIZXY_n: Output Endpoint X-/Y-Buffer Size (n = 1 .. 3) (смещение 7) - размер буферов X и Y Output Endpoint

4.3.7. IEPCNF_n: Input Endpoint Configuration (n = 1 .. 3) (базовый адрес: FF48h, FF50h, FF58h) - конфигурация Input Endpoint

4.3.8. IEPBBAX_n: Input Endpoint X-Buffer Base Address (n = 1 .. 3) (смещение 1) - базовый адрес X-буфера Input Endpoint

В регистре IEPBBAX_n задано смещение относительно адреса 0xF800 в области данных XDATA. Т. е. реальный абсолютный адрес буфера, из которого UBM будет брать данные для отправки хосту, вычисляется следующим образом:

IN_BUFFERXn_ADDRESS = 0xF800 + (IEPBBAX_n << 3)

4.3.9. IEPBCTX_n: Input Endpoint X-Byte Count (n = 1 .. 3) (смещение 2) - счетчик байт X-буфера Input Endpoint

4.3.10. IEPBBAY_n: Input Endpoint Y-Buffer Base Address (n = 1 .. 3) (смещение 5) - базовый адрес Y-буфера Input Endpoint

В регистре IEPBBAY_n задано смещение относительно адреса 0xF800 в области данных XDATA. Т. е. реальный абсолютный адрес буфера, из которого UBM будет брать данные для отправки хосту, вычисляется следующим образом:

IN_BUFFERYn_ADDRESS = 0xF800 + (IEPBBAY_n << 3)

4.3.11. IEPBCTY_n: Input Endpoint Y-Byte Count (n = 1 .. 3) (смещение 6) - счетчик байт Y-буфера Input Endpoint

4.3.12. IEPSIZXY_n: Input Endpoint X-/Y-Buffer Size (n = 1 .. 3) (смещение 7) - размер буферов X и Y Input Endpoint

4.4. Регистры дескриптора Endpoint-0

В отличие от регистров EDB-1 .. EDB-3, которые определены как ячейки памяти SRAM, endpoint-0 описана набором 4 регистров (два для вывода и два для ввода). Регистры дескриптора EDB-0 и их соответствующие адреса указаны в таблице 4-7. У EDB-0 нет регистра базового адреса буфера, поскольку эти адреса жестко назначены на ячейки FEF8h и FEF0h. Обратите внимание, что позиции бит сохранены, чтобы соответствовать EDB-n (n = 1 .. 3).

Таблица 4-7. Регистры ввода/вывода EDB-0

4.4.1. IEPCNFG_0: Input Endpoint-0 Configuration Register (адрес FF80h) - регистр конфигурации Input Endpoint-0

4.4.2. IEPBCNT_0: Input Endpoint-0 Byte Count Register (адрес FF81h) - регистр счетчика байт Input Endpoint-0

4.4.3. OEPCNFG_0: Output Endpoint-0 Configuration Register (адрес FF82h) - регистр конфигурации Output Endpoint-0

4.4.4. OEPBCNT_0: Output Endpoint-0 Byte Count Register (адрес FF83h) - регистр счетчика байт Output Endpoint-0

[5. Регистры USB]

5.1 FUNADR: Function Address Register (адрес FFFFh) - регистр адреса функции

В этом регистре содержится адрес функции устройства USB.

5.2. USBSTA: USB Status Register (адрес FFFEh) - регистр статуса USB

Все биты в этом регистре устанавливаются аппаратно и очищаются MCU, когда он записывает 1 в соответствующее место расположения бита (запись 0 не оказывает эффекта). Дополнительно каждый бит может генерировать прерывание, если установлен соответствующий бит маски прерываний (сокращение R/C означает, что чтение read и очистка clear осуществляется только под управлением MCU).

5.3. USBMSK: USB Interrupt Mask Register (адрес FFFDh) - регистр маски прерывания USB

5.4. USBCTL: USB Control Register (адрес FFFCh) - регистр управления USB

В отличие от остальных регистров, этот регистр очищается только сигналом сброса при включении питания. USB reset не может сбросить этот регистр (см. рис. 5-1).

5.5. MODECNFG: Mode Configuration Register (адрес FFFBh) - регистр конфигурации режима

Этот регистр очищается только сигналом сброса при включении питания. USB reset не может сбросить этот регистр.

Управление выводом тактов (Clock Output Control)

Бит 2 (CLKOUTEN) в регистре MODECNFG разрешает или запрещает вывод тактов на ножке CLKOUT TUSB3410. При включении по умолчанию CLKOUT запрещен. Если это необходимо, firmware может записать 1, чтобы разрешить вывод тактов.

Бит 3 (CLKSLCT) в регистре MODECNFG выбирает источник выходных тактов либо от фиксированной частоты 3.556 МГц, либо от тактов UART BaudOut.

5.6. Vendor ID/Product ID (VID/PID)

USB-IF и сертификация Microsoft WHQL требует эти параметры, и производители оборудования используют свои собственные уникальные ID вендора (Vedor ID, VID) и ID продукта (Product ID, PID, идентификатор модели). OEM не могут использовать идентификаторы VID/PID чипа вендора (например, VID/PID Texas Instruments) в своих окончательных продуктах. Уникальные комбинации VID/PID предотвращает потенциальные конфликты драйвера и разрешают сертификацию, привязанную к логотипу. Для дополнительной информации см. www.usb.org.

5.7. SERNUM7..SERNUM0: Device Serial Number Register (байты 7..0) (адреса FFEFh..FFE8h) - регистр серийного номера устройства

Каждая микросхема TUSB3410 имеет свой собственный уникальный 64-битный серийный номер, который генерируется во время производства. Этот номер последовательно увеличивается, однако нет гарантии того, что в этом процессе некоторые номера не будут пропущены. После сброса при включении питания SERNUM7 содержит самый значащий байт 64-битного серийного номера, а SERNUM0 самый младший байт. Эти данные не могут быть сброшены или перезаписаны.

Далее описана процедура загрузки серийного номера устройства в общее RAM:

• После сброса при включении питания код загрузки копирует предопределенные дескрипторы USB в общее RAM. В результате серийный номер по умолчанию, который жестко прошит в коде загрузчика (0x00 hex) копируется в общее RAM.
• Код загрузки проверяет наличие EEPROM на порте I2C. Если EEPROM подключено и содержит допустимый серийный номер как часть дескриптора устройства USB (сохраненного в EEPROM), то код загрузки перезаписывает серийный номер, сохраненный в общем RAM серийным номером, который найден в EEPROM. В противном случае значение серийного номера, которое было сохранено в общем RAM, остается неизменным. Если в EEPROM было сохранено firmware, то оно запускается на выполнение. Это firmware может читать регистры SERNUM7 .. SERNUM0 и перезаписать серийный номер, сохраненный в RAM, или сохранить свой собственный номер в RAM.
• В результате значение серийного номера во внешнем EEPROM имеет самый высокий приоритет для загрузки в общее XDATA RAM. Значение серийного номера используется как часть информации правильного дескриптора устройства при нормальной работе.

5.15. Функционирование сброса и путь сигнала сброса при включении питания (Power-Up Reset)

На рис. 5-1 показано логическое соединение функции сброса шины USB (сигнал ~USBR) сигнала ножки внешнего сброса (~RESET). Внутренний сигнал сброса генерируется из уровня на выводе ~RESET (сигнал ~PURS) или от сигнала сброса USB (сигнал ~USBRS). Сигнал ~USBRS может быть разрешен или запрещен битом 4 (FRSTE) регистра USBCTL (см. секцию 5.4), при включении питания FRSTE = 0. Внутренний сброс используется для переустановки всех регистров и логики, за исключением регистров USBCTL и MODECNFG, которые сбрасываются только сигналом ~PURS.

Рис. 5-1. Схема генерации и прохождения сигнала сброса.

5.16. Нагрузочный резистор (Pullup Resistor) для подключения/отключения устройства USB

Процесс энумерации TUSB3410 может запустить MCU (при этом не нужно физически переподключать кабель USB). На рисунке 5-2 показана реализация подключения и отключения TUSB3410 к USB up-stream порту. Когда бит 7 (CONT) в регистре USBCTL установлен в 1 (см. секцию 5.4), CMOS-ключ подключает VDD к нагрузочному резистору (подключенному к ножке PUR), что запускает для USB хоста нормальное событие подключения (normal connect condition). Когда CONT
сброшен в 0, вывод PUR переходит в низкий логический уровень. В этом состоянии резистор 1.5 кОм подключается к GND, в результате чего устройство переходит в отключенное состояние. CMOS-ключ PUR может предоставить ток как минимум 8 mA (VDD - 0.1V).

Рис. 5-2. Схема нагрузочного резистора для подключения/отключения устройства USB

[6. Контроллер DMA]

В таблице 6-1 показаны каналы DMA и связанные с ними направления передачи данных. Два канала предоставлены для трансфера данных между хостом и UART.

Таблица 6-1. Каналы DMA

6.1. Регистры контроллера DMA

Каждый канал DMA может указывать на один из трех EDB (EDB-1 .. EDB-3) и передавать данные в/из канала UART. DMA может перемещать данные из указанного буфера конечной точки out (который определен EDB) в порт назначения. Точно так же DMA может переносить данные из порта в буфер конечной точки input.

На приеме по окончании передачи блока DMA обновляет счетчик байт и бит 7 (NAK) в EDB (см. секцию 4.3). Дополнительно DMA использует бит 4 (XY) в регистре DMACDR для автоматического переключения (без прерывания работы MCU, так как переключение бита XY делает блок UBM). DMA останавливается только когда происходит таймаут или случается ошибка. Когда DMA передает (из буфера X/Y), то он продолжает переключение буферов X/Y, пока не обнаружит, что значение счетчика байт меньше размера буфера (обычно размер буфера 64 байта). В этот момент передача завершается и останавливается.

6.1.1. DMACDR1: DMA Channel Definition Register (UART Transmit Channel) (адрес FFE0h) - регистр определения канала DMA (канал передачи UART)

Этот регистр задает номер EDB который использует DMA для передачи данных в UART. Дополнительно этот регистр задает направление передачи данных и выбирает буфер транзакции X или Y.

6.1.2. DMACSR1: DMA Control And Status Register (UART Transmit Channel) (адрес FFE1h) - регистр управления и состояния DMA (канал передачи UART)

Этот регистр задает значение таймаута транзакции. Дополнительно он содержит код завершения, который сообщает о любых событиях ошибок и таймаута.

6.1.3. DMACDR3: DMA Channel Definition Register (UART Receive Channel) (адрес FFE4h) - регистр определения канала DMA (канал приема UART)

Этот регистр задает номер EDB, который DMA использует для передачи данных из UART. Дополнительно этот регистр задает направление передачи данных и выбирает буфер транзакции X или Y.

6.1.4. DMACSR3: DMA Control And Status Register (UART Receive Channel) (адрес FFE5h) - регистр управления и состояния DMA (канал приема UART)

Этот регистр задает значение таймаута транзакции. Дополнительно он содержит код завершения, который сообщает о любых событиях ошибок и таймаута.

Таблица 6-2. События IN-завершения DMA (IN-Termination Condition)

6.2. Ввод/вывод данных (Bulk Data I/O) с использованием EDB

UBM и DMAC обращаются к EDB для выборки параметров буфера для транзакций IN и OUT (IN и OUT по отношению к хосту). Подразумевается следующее:

• MCU инициализирует EDB
• используется режим непрерывной работы DMA
• Используется двойное буферизирование
• Переключение X/Y управляется UBM

6.2.1. Транзакция IN (от TUSB3410 к хосту)

1. MCU инициализирует IEDB (пакет из 64 байт, и используется двойное буферизирование) и следующие регистры DMA:

• DMACSR3: задает величину таймаута транзакции.
• DMACDR3: задает, какой используется IEDB и режим работы DMA (continuous mode, непрерывный режим). Как только в этом регистре установлен EN = 1, стартует процесс трансфера данных.

2. DMA переносит данные из UART в буфер X. Когда блок из 64 байт передан, DMA обновляет счетчик байт и сбрасывает NAK на 0 в регистре счетчика байт конечной точки input (это сигнализирует для UBM, что буфер X готов к передаче данных к хосту). Блок UBM запускает трансфер X-буфера к хосту с использованием значения счетчика байт в регистре счетчика байт и переключает бит X/Y. DMA продолжает перенос данных из UART в буфер Y. По окончании передачи блока DMA обновляет счетчик байт и сбрасывает NAK на 0 в регистре счетчика байт конечной точки input (это сигнализирует для UBM, что буфер Y готов к передаче данных к хосту). DMA продолжает трансфер данных от устройства к хосту, переключая при этом буферы X и Y без всякого вмешательства MCU.

3. Завершение трансфера: как уже было упомянуто, DMA/UBM продолжает перенос данных, переключаясь между буферами X и Y. Завершение трансфера может произойти при следующих событиях:

• Остановка переноса данных (Stop Transfer): хост оповещает MCU (через control endpoint) для остановки передачи. При этом событии MCU сбрасывает бит 7 (EN) на 0 в регистре DMACDR.
• Часть пакета (Partial Packet): приемник устройства не имеет данных для передачи к хосту. При этом событии значение счетчика байт меньше 64 вызывает срабатывание таймера таймаута транзакции. Когда DMA детектирует это событие, то он устанавливает бит 1 (TXFT) на 1 и бит 0 (OVRUN) на 0 в регистре DMACSR3, обновляет счетчик байт и бит NAK в регистре счетчика байт конечной точки input, и запускает прерывание MCU. UBM передает частично заполненный пакет к хосту.
• Переполнение буфера (Buffer Overrun): хост занят, буферы X и Y заполнены (X-NAK = 0 и Y-NAK = 0), и DMA не может записать что-то в эти буферы. Таймаут транзакции останавливает трансфер DMA, DMA устанавливает бит 1 (TXFT) на 1 и бит 0 (OVRUN) на 1 в регистре DMACSR3, и запускает прерывание MCU.
• Событие ошибки UART (UART Error Condition): на приеме от UART событие ошибки приемника останавливает DMA устанавливает бит 1 (TXFT) на 1 и бит 0 (OVRUN) на 0 в регистре DMACSR3, но бит EN остается в установленным на 1. Таким образом, DMA не запускает прерывание MCU. Однако UART генерирует прерывание статуса, чем оповещает MCU о событии ошибки.

6.2.2. Транзакция OUT (от хоста к TUSB3410)

1. MCU инициализирует OEDB (пакет из 64 байт, и использование двойной буферизации) и следующие регистры DMA:

• DMACSR1: предоставляет индикацию частично заполненного пакета (partial packet).
• DMACDR1: задает используемую конечную точку output режим работы DMA (continuous mode, непрерывный режим). Как только в этом регистре установлен EN = 1, стартует процесс трансфера данных.

2. UBM переносит данные от хоста в буфер X. Когда блок из 64 байт передан, UBM обновляет счетчик байт и сбрасывает NAK на 1 в регистре счетчика байт конечной точки output (это сигнализирует для DMA, что буфер X готов к передаче данных к UART). DMA запускает трансфер X-буфера к UART, используя значения счетчика байт в регистре счетчика байт конечной точки output. При этом UBM продолжает перенос данных от хоста в буфер Y. По окончании передачи блока UBM обновляет счетчик байт и сбрасывает NAK на 1 в регистре счетчика байт конечной точки output (это сигнализирует для DMA, что буфер Y готов к передаче данных к UART). DMA продолжает трансфер данных из буферов X и Y в UART, переключая при этом буферы X и Y без всякого вмешательства MCU.

3. Завершение трансфера: DMA/UBM продолжают трансфер данных с переключением буферов. Завершение трансфера может произойти при следующих событиях:

• Остановка переноса данных (Stop Transfer): хост оповещает MCU (с использованием control endpoint) для остановки передачи. При этом событии MCU сбрасывает EN на 0 в регистре DMACDR1.
• Часть пакета (Partial Packet): UBM принял от хоста частично заполненный пакет. При этом событии значение счетчика байт меньше 64. Когда DMA детектирует это событие, он передает частично заполненный пакет в UART, устанавливает PPKT на 1, обновляет NAK на 0 в регистре счетчика байт конечной точке output и запускает прерывание MCU.

[7. UART]

...

[8. Расширенный порт ввода/вывода (Expanded GPIO Port)]

8.1. Регистры ввода/вывода и управления

TUSB3410 имеет 4 вывода порта ввода/вывода общего назначения (P3.0, P3.1, P3.3 и P3.4), которые могут управляться firmware, запущенном на MCU. каждая ножка вывода может управляться отдельно, независимо от других ножек, и каждая реализована как push/pull выход CMOS с нагрузочной способностью 12 mA с управлением режима третьего состояния и вход. В MCU выходы организованы с открытым стоком (open drain), при этом выходной низкий уровень может быть установлен продолжительное время, однако выход в состоянии высокого уровня переключается на два цикла и затем выход переходит в состояние высокого сопротивления (третье состояние).

Вывод, работающий в режиме входа, может быть прочитан инструкцией MOV. Например, MOV C,P3.3 читает вход на порте P3.3. Перед чтением предварительно убедитесь, что связанный выход находится в состоянии высокого сопротивления.

Выход может быть установлен в высокий логический уровень (и при этом вывод окажется в состоянии высокого сопротивления) инструкцией SETB. Например, SETB P3.1 переводит P3.1 в состояние лог. 1. Выход может быть установлен низкий логический уровень инструкцией CLR, так что CLR P3.4 переведет порт P3.4 в состояние низкого логического уровня (который останется в таком состоянии длительное время, пока состояние не будет изменено).

Каждый вывод GPIO имеет связанный с ним внутренний верхний нагрузочный резистор (pullup). Очень рекомендуется оставлять этот резистор подключенным, чтобы избежать колебаний уровня, попадающих во входной буфер. Исключение из этого правила - только если на вход всегда подключен внешний выход, управляющий уровнем.

8.1.1. PUR_3: GPIO Pullup Register For Port 3 (адрес FF9Eh) - регистр включения нагрузочных резисторов для порта 3

[9. Прерывания (Interrupts)]

9.1. Регистры прерывания и статуса 8052

В стандарте 8052 зарезервировано 5 источников прерывания. SIE является стандартным регистром для разрешения прерываний (standard interrupt-enable), который управляет пятью источниками прерываний. Он также известен как IE0, размещенном по адресу S:A8h (в области данных регистров специального назначения). Все дополнительные источники прерывания объединены функцией ИЛИ на прерывание EX0.

Таблица 9-1. Карта размещения векторов (адресов) прерывания 8052

9.1.1. 8052 Standard Interrupt Enable (SIE) Register - стандартный регистр разрешения прерываний

9.1.2. Дополнительные источники прерываний

Все нестандартные для архитектуры 8052 прерывания (DMA, I2C и т. д.) объединены операцией ИЛИ для генерирования внутреннего прерывания INT0. Кроме того,
INT0 должен быть запрограммирован как прерывание, активное по низкому уровню (low-level interrupt, без срабатывания по перепаду). После сброса, если INT0 не изменен, то он работает как прерывание по срезу (edge-triggered interrupt). Предоставлен регистр вектора прерывания для идентификации всех источников прерывания (см. секцию 9.1.3, VECINT: Vector Interrupt Register). Имеется до 64 векторов прерывания. MCU отвечает за чтение вектора и вызов соответствующей подходящей подпрограммы обработчика прерывания.

9.1.3. VECINT: Vector Interrupt Register (адрес FF92h) - регистр вектора прерывания

Этот регистр содержит значение вектора, идентифицирующего внутренний источник прерывания, который захватывается при переходе по адресу 0003h. Запись (любого значения) в этот регистр удаляет вектор и обновляет регистр на новое значение вектора (если в ожидании обработки находится следующее прерывание). Внимание: значение вектора является смещением; таким образом, его значение находится в инкременте до 2 (бит 0 сброшен в 0). Когда нет прерываний, ожидающих обработки, то значение вектора становится равным 00h (см. таблицу 9-2). Как показано, вектор прерывания делится на два поля: I[2:0] и G[3:0]. Поле I задает источник прерывания в пределах группы (на базисе первым-случилось-первым-обработано). В поле G, которое задает номер группы, группа G0 имеет самый низкий приоритет, а группа G15 самый высокий приоритет.

Таблица 9-2. Значения вектора прерывания

9.1.4. Логическая схема соединения прерываний (внутренние/внешние)

На рис. 9-1 показаны логические соединения источников прерывания и их взаимосвязь с INT0. Кодер приоритета генерирует 8-битный вектор, соответствующий 64 источникам прерывания (из них используются не все). Приоритеты прерываний при этом заданы фиксировано. Вектор 0x88 имеет самый высокий приоритет, а вектор 0x12 самый низкий приоритет.

Рис. 9-1. Внутренние прерывания

[10. Порт I2C]

...

[11. Последовательность загрузки TUSB3410]

Код загрузки (бутлоадер, bootcode) является просто программой, которая размещена в 10 килобайтах boot ROM на кристалле TUSB3410. Эта программа разработана для загрузки приложения firmware либо из внешней памяти I2C (обычно это микросхема EEPROM), либо с хоста USB под управлением драйвера устройства хоста. После того, как TUSB3410 завершит загрузку, bootcode отдает управление потоком выполнения в загруженное приложение firmware.

В этой секции подробно описано, как bootcode инициализирует устройство TUSB3410. Дополнительно перечислены как справочные данные дескриптор USB по умолчанию, формат заголовка устройства I2C, формат загрузки драйвера хоста USB и поддерживаемые встроенные запросы USB, специфичные для вендора. Пользователи должны тщательно следовать соответствующему формату интерфейса с кодом загрузки. Ошибка в формате может привести к непредсказуемым результатам.

Исходный код бутлоадера также предоставлен в документации по программированию.

11.2. Алгоритм программирования кода загрузки

После сброса при включении питания код загрузки инициализирует регистры интерфейса I2C и USB наряду со значениями внутренних переменных. Затем код загрузки проверяет наличие подключенной по I2C микросхемы памяти EEPROM, и ищет в этой памяти допустимую сигнатуру. Если внешняя память подключена к I2C и в ней записана правильная сигнатура, код загрузки продолжает поиск блоки дескрипторов и обрабатывает их, если контрольная сумма совпадает. Если найдено приложение firmware, то код загрузки загружает его в RAM и передает поток управления в этот загруженный код. Иначе код загрузки подключается к USB и ждет от драйвера хоста загрузки приложения firmware. Как только загрузка firmware завершена, код загрузки также передает поток выполнения в загруженное firmware.

Далее описан пошаговый процесс работы кода загрузки.

• Проверка, находится ли код загрузки в режиме приложения. Это режим, в который происходит вход после загрузки кода приложения через микросхему I2C или через USB. Если код загрузки находится в режиме приложения, то код загрузки передает управление приложению firmware. Иначе код загрузки продолжает выполняться.

• Инициализация всех установок по умолчанию.
   - Вызов подпрограммы CopyDefaultSettings(). Установка скорости I2C на 400 кГц.
   - Вызов подпрограммы UsbDataInitialization(). Установка bFUNADR = 0, отключение от USB (bUSBCTL = 0x00), обработка события USB reset, копирование в RAM предопределенных дескрипторов устройства, конфигурации, строк. Запрет всех конечных точек и разрешение прерываний USB (SETUP, RSTR, SUSR и RESR).

• Чтение сигнатуры продукта.
   - Проверка - имеется ли допустимая сигнатура в устройстве памяти, подключенном через I2C. Если нет, то пропуск процесса загрузки с I2C. Чтение 2 байт по адресу 0x0000 с типом III и адресом устройства 0. Остановка поиска, если найдена допустимая сигнатура. Чтение 2 байт по адресу 0x0000 с типом II и адресом устройства 4. Остановка поиска, если найдена допустимая сигнатура.

• Если найдена допустимая сигнатура, то из I2C EEPROM загружаются кастомизированные дескрипторы устройства, конфигурации и строк.
   - Выполняется обработка каждого блока дескриптора из I2C, пока не будет найден конец заголовка. Если блок дескриптора содержит дескрипторы устройства, конфигурации или строки, то код загрузки перезаписывает ими дескрипторы по умолчанию. Если блок дескриптора содержит бинарный код firmware, то код загрузки устанавливает указатель заголовка на начала бинарного кода firmware в I2C EEPROM. Если блок дескриптора в конце заголовка, то код загрузки останавливает поиск.

• Разрешение глобальных прерываний и прерываний USB, и установка бита соединения в 1.
   - Глобальные прерывания разрешаются установкой бита 7 (EA) в регистре SIE (см. секцию 9.1.1) на 1.
   - Разрешение всех внутренних прерываний периферии путем установки бита EX0 в регистре SIE на 1.
   - Подключение к USB установкой бита 7 (CONT) в регистре USBCNTL (см. секцию 5.4) на 1.

• Ожидание любых событий прерывания, пока не поступит пакет настройки (setup packet) Get DEVICE DESCRIPTOR.
   - Прерывание приостановки (Suspend interrupt). устанавливается бит ожидания (idle) в регистре PCON MCU, и происходит вход в режим приостановки. Событие USB reset выводит микроконтроллер из режима сна.
   - Прерывание возобновления (Resume interrupt). Код загрузки пробуждается и ожидает новых запросов USB.
   - Прерывание сброса (Reset interrupt). Вызов подпрограммы UsbReset().
   - Прерывание настройки (Setup interrupt). Код загрузки обрабатывает этот запрос.
   - Запрос перезагрузки USB (USB reboot request). Происходит отключение от USB очисткой бита 7 (CONT) в регистре USBCTL и рестарт по адресу 0x0000.

• Загрузка firmware из I2C EEPROM
   - Запрет глобальных прерываний очисткой бита 7 (EA) в регистре SIE.
   - Загрузка firmware в пространство XDATA, если код доступен в I2C EEPROM.

• Загрузка firmware из USB.
   - Если не найдено firmware в I2C EEPROM, то хост USB загружает firmware через конечную точку output 1.
   - В первом пакете данных, поступившим в output endpoint 1 драйвер USB хоста добавляет 3 байта перед firmware приложения в двоичном формате. Эти три байта содержат LSB и MSB, показывающие размер, за которыми идет арифметическая контрольная сумма двоичного кода firmware.

• Передача управления в код приложения firmware.
   - Обновление конфигурации USB и номера интерфейса.
   - Передача управления потоком выполнения кода в приложение firmware.

• Приложение firmware
   - Либо отключает устройство от USB, либо продолжает отвечать на запросы USB.

11.3. Установки по умолчанию для кода загрузки

Код загрузки имеет свои собственные предварительно заданные дескрипторы устройства, конфигурации и строк. Эти дескрипторы по умолчанию должны использоваться только для экспериментов. Они не должны использоваться в конечных продуктах.

11.3.1. Дескриптор устройства (Device Descriptor)

Дескриптор устройства предоставляет версию USB, которую поддерживает устройство, класс устройства (device class), протокол, идентификатор вендора (VID), идентификатор продукта (PID), строки описания и количество возможных конфигураций. Операционная система (Windows, MAC или Linux) читает этот дескриптор для того, чтобы принять решение о выборе драйвера для устройства, который должен использоваться для обмена с устройством.

Код загрузки использует 0x0451 (Texas Instruments) в качестве ID вендора (VID) и 0x3410 (TUSB3410) в качестве ID продукта (PID). Он также поддерживает три разных строки и одну конфигурацию. В таблице 11-1 показан дескриптор устройства.

Таблица 11-1. Дескриптор устройства

11.3.2. Дескриптор конфигурации (Configuration Descriptor)

Дескриптор конфигурации предоставляет количество интерфейсов, которое поддерживает конфигурация устройства, конфигурация системы питания, и текущее энергопотребление.

Код загрузки декларирует только один интерфейс, работающий в режиме питания от шины USB (bus-powered). Энергопотребление во время загрузки задано до 100 mA. В таблице 11-2 показан дескриптор устройства.

Таблица 11-2. Дескриптор конфигурации

11.3.3. Дескриптор интерфейса (Interface Descriptor)

Дескриптор интерфейса предоставляет количество поддерживаемых на этом интерфейсе конечных точек, а также класс интерфейса, подкласс и протокол. код загрузки поддерживает только одну конечную точку и использует свой собственный класс. В таблице 11-3 показан дескриптор интерфейса.

Таблица 11-3. Дескриптор интерфейса

11.3.4. Дескриптор конечной точки (Endpoint Descriptor)

Дескриптор конечной точки предоставляет тип и размер канала обмена (communication pipe), поддерживаемый этой конечной точкой. код загрузки поддерживает только одну конечную точку output размеров в 64 байта в дополнение к управляющей конечной точке control endpoint 0 (управляющая конечная точка обязательно должна присутствовать для всех устройств USB). В таблице 11-4 показан дескриптор конечной точки.

Таблица 11-3. Дескриптор конечной точки

11.3.5. Строковый дескриптор (String Descriptor)

Строковый дескриптор содержит текстовые данные в формате unicode. Он используется для того, чтобы показать имя производителя, модель продукта и серийный номер в формате, удобном для прочтения человеком. Код загрузки поддерживает 3 строки. Первая строка содержит имя производителя. Вторая строка содержит имя продукта. Третья строка содержит серийный номер. В таблице 11-5 показаны строковые дескрипторы.

Таблица 11-5. Строковый дескриптор

11.4. Формат заголовка внешнего устройства I2C

Правильный заголовок должен содержать сигнатуру продукта и один или большее количество блоков дескриптора. Блок дескриптора содержит префикс дескриптора и его содержимое. В префиксе дескриптора представлены тип данных, размер и контрольная сумма, описывающие содержимое блока дескриптора. Содержимое дескриптора несет необходимую информацию для процесса загрузки.

Подпрограмма обработки заголовка всегда считает от первого блока дескриптора, пока не будет достигнут требуемый номер блока. Заголовок читается в префиксе дескриптора с размером 4 байта. Этот префикс содержит тип блока, размер и контрольную сумму. Например, если код загрузки хочет найти позицию третьего блока дескриптора, то он читает первый префикс дескриптора, вычисляет позицию следующего дескриптора основываясь на размере блока, считанного из префикса. Затем код загрузки делает те же самые вычисления для того, чтобы найти позицию третьего блока дескриптора.

11.4.1. Сигнатура продукта (Product Signature)

Сигнатура продукта должна быть сохранена в первые 2 байта микросхемы памяти I2C. Эти 2 байта должны соответствовать номеру продукта. Порядок этих байт должен быть таким, что сначала идет LSB, и за ним идет MSB. Например, для TUSB3410 эта сигнатура 0x3410. Таким образом, первый байт должен быть 0x10, и второй байт должен быть 0x34.

Код загрузки TUSB3410 ищет первые 2 байта в устройстве памяти I2C. Если первые 2 байта не равны 0x10 и 0x34, то код загрузки прекращает обработку заголовка.

11.4.2. Блок дескриптора (Descriptor Block)

Каждый блок дескриптора содержит префикс и содержимое. Размер префикса всегда 4 байта. Он содержит тип данных, размер и контрольную сумму, по которой проверяется целостность данных. Содержимое дескриптора включает в себя информацию, указанную в префиксе. Размер может быть от 1 до 65535 байт. Следующий дескриптор находится сразу за предыдущим дескриптором. Если больше нет дескрипторов, то дополнительный нулевой байт должен показывать конец заголовка.

11.4.2.1. Префикс дескриптора (Descriptor Prefix)

Первый байт префикса дескриптора показывает тип данных. Он говорит коду загрузки, как обработать данные содержимого дескриптора. Второй и третий байты дают размер содержимого дескриптора. Второй байт LSB, третий байт MSB. Последний байт несет 8-битную арифметическую контрольную сумму содержимого дескриптора.

11.4.2.2. Содержимое дескриптора (Descriptor Content)

В содержимом дескриптора может храниться информация USB, firmware или другие типы данных. Размер содержимого дескриптора должен быть от 1 до 65535 байт.

11.5. Контрольная сумма в блоке дескриптора

Каждый префикс дескриптора содержит одну контрольную сумму, вычисленную от содержимого дескриптора. Если контрольная сумма не совпала, код загрузки просто игнорирует блок дескриптора.

11.6. Примеры заголовка

Заголовок может быть указан различными способами. Следующие дескрипторы показывают примеры формата заголовка и поддерживаемых блоков дескриптора.

11.6.1. Блок дескриптора, поддерживаемый кодом загрузки TUSB3410

Код загрузки TUSB3410 поддерживает следующие блоки дескриптора.

• Дескриптор устройства USB (USB Device Descriptor)
• Дескриптор конфигурации USB (USB Configuration Descriptor)
• Строковый дескриптор USB (USB String Descriptor)
• Двоичный код Firmware¹
• Автоматически выполняемый двоичный код (Autoexec Binary) Firmware²

Примечания:

1. Двоичный код firmware загружается, когда код загрузки принимает от хоста первый полученный запрос дескриптора устройства (device descriptor request). Загрузка firmware либо должна продолжаться на стадии данных, либо должно произойти отключение от USB и переподключение к USB в качестве нового устройства.
2. Код загрузки загружает этот код autoexec binary firmware перед тем, как подключиться к USB. Код firmware должен подключиться к USB как только будет загружен.

11.6.2. Заголовок дескриптора USB (USB Descriptor Header)

В таблице 11-6 показаны дескрипторы устройства, конфигурации, строк для кода загрузки. Последний нулевой байт показывает конец заголовка.

Таблица 11-6. Заголовок дескрипторов USB

11.6.3. Autoexec Binary Firmware

Если для каких-то целей приложение требует загрузить firmware до установки соединения USB, то может использоваться следующий заголовок. Код загрузки загружает firmware и передает управление в firmware напрямую, без подключения по USB. Однако по требованиям стандарта USB любое устройство USB должно подключиться к шине и ответить хосту в течение первых 100 мс. Таким образом, если время загрузки превышает 100 мс, блоки дескриптора USB заголовка скорости должны быть добавлены перед автозапуском двоичного кода приложения (autoexec binary firmware). В таблице 11-7 показан пример заголовка autoexec binary firmware.

Таблица 11-7. Autoexec Binary Firmware

11.7. Формат заголовка загрузки драйвера хоста USB

Если firmware загружается через USB, то нужен драйвер хоста, который следует формату таблицы 11-8. Драйвер бутлоадера Texas Instruments генерирует подходящий формат. Таким образом, пользователи должны только предоставить двоичный образ приложения firmware для бутлоадера. Если контрольная сумма не совпала, то код загрузки отключается от USB и ждет перед переподключением к USB.

Таблица 11-8. Формат загрузки драйвера хоста

11.8. Встроенные запросы USB, специфичные для вендора (Vendor Specific USB Requests)

Код загрузки поддерживает несколько запросов USB, специфичных для вендора. Эти запросы предназначены главным образом только для внутреннего тестирования. В нормальной работе эти функции не должны использоваться.

11.8.1. Перезагрузка (Reboot)

Команда перезагрузки принудительно запускает код загрузчика (bootcode).

11.8.2. Запустить на выполнение firmware (Force Execute Firmware)

Эта команда запускает загруженный код, даже если он не был успешно загружен.

11.8.3. Чтение внешней памяти (External Memory Read)

Код загрузки читает и возвращает содержимое внешней памяти по указанному адресу. Наверное имеется в виду память XDATA.

11.8.4. Запись внешней памяти (External Memory Write)

Эта команда инструктирует код загрузки записать данные во внешнюю память по указанному адресу. Наверное имеется в виду память XDATA.

11.8.5. Чтение памяти I2C (I2C Memory Read)

Код загрузки возвращает содержимое I2C EEPROM по указанному адресу.

В поле wValue в старшем байте указывается номер устройства на шине I2C от 0x00 to 0x07 (аппаратно этот адрес обычно задается с помощью ножек A2..A0 микросхемы памяти). Тип памяти 0x01 .. 0x03 задается для устройств CAT I .. CAT III. Если бит 7 в bValueL установлен, то скорость шины I2C устанавливается 400 кГц. Этот запрос также используется для установки номера устройства и скорости перед запросом записи I2C (см. команду I2C Memory Write).

11.8.6. Запись памяти I2C (I2C Memory Write)

Эта команда говорит коду загрузки записать данные по указанному адресу.

11.8.7. Чтение содержимого внутренней памяти ROM (Internal ROM Memory Read)

Код загрузки (загрузчик, bootcode) возвращает байт по указанному адресу в области boot ROM. Это двоичный код самого загрузчика, так что он читает и возвращает сам себя.

11.9. По каким соображениям разрабатывался код загрузки

11.9.1. Запросы USB

Для каждого запроса USB (USB request), код загрузки выполняет шаги, описанные ниже, чтобы удостовериться, что аппаратура функционирует нормально (упрощенный алгоритм обработчика прерывания на запрос USB).

1. Определяется направление запроса путем проверки MSB поля bmRequestType и соответственно установки бита DIR в регистре USBCTL.
2. Декодируется команда.
3. Если ожидается другая настройка, то возврат. Иначе запрос обрабатывается.
4. Еще проверка - если имеется другая настройка, то переход на шаг 2.
5. Очистка источника прерывания и затем регистра VECINT.
6. Выход из обработчика прерывания.

11.9.1.1. Передачи в ответ на запрос USB (USB Request Transfers)

Запрос USB состоит из 3 типов передач (transfers). Это трансферы control-read-with-data-stage (управляющий запрос чтения со стадией данных), control-write-without-data-stage (управляющий запрос записи без чтения данных) и control-write-with-data-stage (управляющий запрос записи со стадией данных). В каждом трансфере стрелочки показывают прерывания, генерируемые после приема пакета настройки (setup packet), с токенами IN или OUT.

На рисунках 11-1 и 11-2 показан поток данных USB, и как аппаратура (hardware) и программное обеспечение MCU (firmware) отвечают на запросы USB. В таблицах 11-9 и 11-10 показаны ответы кода загрузки на стандартные запросы.

Рис. 11-1. Control Read Transfer (трансфер управляющего чтения)

Таблица 11-9. Ответ кода загрузки на Control Read Transfer

Рис. 11-2. Control Write Transfer Without Data Stage (трансфер управляющей записи без стадии данных)

Таблица 11-10. Ответ кода загрузки на Control Write Without Data Stage

11.9.1.2. Подпрограмма обработки прерывания (Interrupt Handling Routine)

Вектор с более высоким номером имеет более высокий приоритет, чем вектор с меньшим номером. В таблице 11-11 перечислены все прерывания и их источники.

Таблица 11-11. Значения векторов прерывания и их источники

11.9.2. Аппаратный сброс, инициируемый программно

Эта возможность может использоваться при обновлении firmware. Как только обновление завершено, приложение firmware отключается от USB на время как минимум 200 мс, чтобы обеспечить выгрузку драйвера операционной системой. Затем firmware разрешает работу сторожевого таймера (watchdog timer, этот таймер по умолчанию разрешен после сброса при включении питания), и входит в бесконечный цикл без сброса сторожевого таймера. Как только истечет таймаут сторожевого таймера (128 мс), он сбросит TUSB3410 так же, как это произошло быт при включении питания. Код загрузки запускается и выполняет последовательность действий при включении питания и загрузке.

11.10. Файлы

Исходный код TUSB3410 Bootcode (SLLC139.zip) можно скачать со страницы описания TUSB3410 на сайте компании Texas Instruments. Просмотрите ссылку Related Software. В скачанном zip-архиве имеются следующие файлы.

• Types.h
• USB.h
• TUSB3410.h
• Bootcode.h
• Watchdog.h
• Bootcode.c
• Bootlsr.c
• BootUSB.c
• Header.h
• Header.c
• I2c.h
• I2c.c

[12. Электрические параметры и условия работы]

12.1. Предельно допустимые эксплуатационные параметры (Absolute Maximum Ratings)

Превышение указанных здесь значений может полностью повредить микросхему. Эти параметры являются для чипа стрессовыми, и не подразумевается реальная эксплуатация микросхемы с этими параметрами или с параметрами, не соответствующими разделу "recommended operating conditions" (рекомендованные условия работы). Кроме того, работа в условиях предельно допустимых параметров может повлиять на надежность работы микросхемы.

12.2. Commercial Operating Condition (3.3 V) - коммерческие условия функционирования

[]

12.3. Электрические характеристики

[]

[13. Указания по применению (Application Notes)]

..

[Упаковка и размеры корпуса]

..

[Словарик]

CODE специальное адресное пространство архитектуры MCS-51 (8051, 8052), где находится код программы firmware. Адресное пространство CODE от состоит из 65536 байт (16-битный адрес в диапазоне 0000h .. FFFFh). Доступ к CODE из firmware возможен через специальные команды.

Control endpoint конечная точка, которая предназначена для управления и получения данных о состоянии. Эта конечная точка имеется во всех устройствах USB, всегда имеет номер 0, и активно участвует в процедуре энумерации устройства USB.

DATA еще отдельное адресное пространство архитектуры MCS-51 (8051, 8052), где находятся данные. Адресное пространство DATA состоит из 256 байт (8-битный адрес в диапазоне 00h .. FFh). Доступ к DATA из firmware возможен через специальные команды. Специальные 8-битные регистры, работа с которыми возможна напрямую из команд ассемблера. Это сама быстрая память, с которой возможны арифметические и логические операции.

DMA direct memory access, прямой доступ к памяти без участия программной обработки микроконтроллера.

DMAC DMA controller, контроллер DMA.

EDB endpoint descriptors block - блок дескриптора конечной точки.

endpoint конечная точка, которая физически представляет из себя буфер памяти определенного размера. Обычно размер конечной точки 8, 16, 32, 64, 128 или 256 байт.

GPIO General Purpose Input/Output - порт ввода/вывода общего назначения микроконтроллера. Порт программно управляет внешними ножками микроконтроллера, либо позволяет считать с них логические уровни.

CPU узел ядра MCU 8052. Фактически то же самое, что и MCU.

IN, input в контексте конечных точек и транзакций обозначает направление передачи от устройства USB к хосту.

Input endpoint конечная точка, которая предназначена для данных пакета IN, в этом случае байты передаются от устройства USB к хосту.

LSB Least Significant Byte - наименее значимый байт.

MCU Microcontroller Unit — микроконтроллер (микросхема, содержащая процессор, память и периферийные устройства). Применительно к TUSB3410 имеется в виду встроенное ядро микроконтроллера 8052.

MMR Memory Mapped Register - регистр, отображенный на память. Через эти регистры происходит работа с аппаратурой периферии чипа TUSB3410 (USB, I2C, UART, DMA, GPIO и т. д.).

MSB Most Significant Byte - наиболее значимый байт.

NAK отрицательный ответ на запрос хоста IN или OUT. Означает для хоста, что данные пока не могут быть переданы.

OEM Original equipment manufacturer — аббревиатура для обозначения чего-либо, имеющего отношение к производству продукта OEM-способом, при котором этот продукт, продающийся розничным покупателям под оригинальным брендом, получается путём сборки типовых комплектующих и/или их кастомизацией. Компанию, которая занимается сборкой конечного продукта, называют OEM-производителем, а компанию, которая поставляет типовые комплектующие, — OEM-поставщиком. OEM – компонентами называется продукт, использующийся как составная часть завершенного продуктового решения.

OUT, output в контексте конечных точек и транзакций обозначает направление передачи от хоста к устройству USB.

Output endpoint конечная точка, которая предназначена для данных пакета OUT, в этом случае байты передаются от хоста к устройству USB.

IR InfraRed - инфракрасный канал связи.

pullup, pull-up, pull up верхний нагрузочный резистор, подключенный к плюсу источника питания или к выходу буфера состоянием лог. 1. Если pullup относится к каналу USB чипа TUSB3410, то имеется в виду нагрузочный резистор 1.5 кОм, подключенный к сигналу D+. В другом контексте имеется в виду внутренний нагрузочный резистор, который имеется на каждом выводе порта P3, и который может быть подключен или отключен программно.

SOF Start Of Frame - начало фрейма шины USB.

stall по отношению к USB означает событие ошибки, которое требует вмешательства хоста.

UBM USB Buffer Manager - контроллер буфера USB.

upstream port восходящий порт, т. е. порт, направленный к хосту. В контексте хабов USB различают upstream и downstream порты, причем у хаба может быть только один порт upstream, которым он подключен к компьютеру, и может быть один или более одного портов downstream. Данные не могут передаваться напрямую между портами downstream, только через порт upstream. Непонятно, почему в даташите TUSB3410 упоминается этот термин - наверное просто по привычке.

XDATA специальное адресное пространство архитектуры MCS-51 (8051, 8052), где находятся данные. Адресное пространство XCODE от состоит из 65536 байт (16-битный адрес в диапазоне 0000h .. FFFFh). Доступ к XDATA из firmware возможен через специальные команды.

[Ссылки]

1. TUSB3410 site:ti.com.
2. TUSB3410 - краткая справка.