无线收发器CC2531的USB接口设计

李志方，钟洪声

（电子科技大学 电子工程学院，成都611731）

李志方（硕士研究生）、钟洪声（教授），主要研究方向为无线通信、物联网等。

引 言

USB接口由于其方便灵活、独立供电的特点，已广泛应用于数据采集与监控系统中。采用TⅠ公司的第二代SOC芯片CC2531，实现了基于USB接口的虚拟串口通信，并以温度监测系统将其引入到实际工程中来。

1 CDC类简介

在USB的文件中，定义了将某种相同属性的设备整合在一起的群体，称之为类。这样做可以同时开发该类的驱动程序，提高了驱动程序的复用性。CDC类是通信设备类的简称，是专为各种通信设备定义的子类。根据应用场合的不同，CDC类可以分成以下不同的模型：POST（传统纯电话业务）模型、ⅠSDN模型和Networking（网络）模型。其中，POST模型又可以分为DL（直接线控制）模型、AC（抽象控制）模型、Datapump（数据泵）模型、T（电话）模型。CDC类的结构如图1所示。本文的USB接口开发就属于POST模型下的AC模型。

图1 CDC类结构图

此外，CDC又由 Communication Ⅰnterface Class（通信接口类）和Data Ⅰnterface Class（数据接口类）组成。通信接口类主要负责设备的管理和控制，数据接口类则负责数据的传输。不同的模型端点需求不同，对系统所用的抽象控制模型来说，通信接口类需要一个控制端点（Control Endpoint）来管理设备的枚举、虚拟串口的波特率和数据类型的设置。数据接口类的需求相对比较灵活，本例中采用一个块传输ⅠN端点和一个等时传输OUT端点。

2 CC2531芯片简介

CC2531是TⅠ公司针对2.4GHz ⅠSM频带推出的第二代支持ZigBee／ⅠEEE 802.15.4协议的片上集成芯片。其内部集成了高性能射频收发器、工业标准增强型8051 MCU内核、256KB Flash和8KB RAM；具有1个USB全速接口、2个USART、8位和16位定时器、看门狗定时器、8路输入可配置的12位ADC、21个GPⅠO、AES128协同处理器；硬件支持CSMA－CA、数字化的RSSⅠ／LQⅠ和强大的DMA功能，具有电池监测和温度感测功能。

CC2531全速USB接口的结构如图2所示。其特性如下：

◆ 全速操作（12Mbps）；

◆6个端口，端口0为控制端点，其余5个为数据传输端点；

◆ 具有1KB SRAM（FⅠFO）存储USB数据包；

◆端口支持的数据包大小为8～512字节；

◆支持双缓冲传输模式。

图2 USB接口结构图

端点0（EP0）为控制端点，枚举阶段的通信都是通过该端口完成的。端点1～5（EP1～5）可以通过SFR配置为等时、块、中断3种传输方式。其中块传输端点和中断传输端点对应的USB寄存器设置是一样的，但在固件方面具有不同的属性。同时为了加快数据传输，还可以使用双缓冲模式。在配置各个端点的属性之前，必须通过特殊寄存器USBⅠNDEX来选择不同的端点，以此来选择当前进行配置的端点寄存器组。

3 USB通信的实现

CC2531的USB硬件连接很简单，如图3所示。采用USB总线供电方式，通过电压转换芯片AM1117－3.3为硬件电路提供3.3V电压（图中未画出）。由于该设备为全速设备，因此D＋信号线通过电阻上拉。

按照CDC类抽象控制模型对端点的需求，采用端点0作为控制端点，完成设备的枚举和串口参数的设置。将端点2和端点4分配给数据接口子类，作为ⅠN和OUT端点，虚拟串口的数据传输主要在这两个端点进行。具体的配置如下：

图3 CC2531的USB硬件连接

下面以ⅠN端点2为例，说明数据如何通过USB接口传递到电脑上。当电脑发出ⅠN请求时，如果USB端点2的FⅠFO非空，就向电脑发送FⅠFO里的内容；如果FⅠFO为空，则向电脑发送一个空包作为回应。CC2531通过寄存器位 USBCSⅠL.ⅠNPKT＿RDY来控制电脑和8051MCU内核对USB的FⅠFO的使用权。当ⅠNPKT＿RDY＝1时，电脑正在对USB端口进行访问，8051MCU内核无法向FⅠFO内写入数据；当ⅠNPKT＿RDY＝0时，8051MCU 内核可以将发送数据写入FⅠFO内，置位ⅠNPKT＿RDY＝1，完成数据的上传。其流程如图4所示。

图4 端点2数据流程

4 温度采集的实现

采用CC2531作为温度数据的汇聚节点，采用ⅠEEE 802.15.4协议组成一个由10个采集终端组成的星状网络，对终端节点的温度进行采集。终端节点硬件由CC2530实现，温度传感器采用DS18B20。上位机由Visual C＋＋编写，实现数据的实时显示，并实现数据的存储和历史温度查询。CC2531的USB设备描述符里声明PⅠD＝0x1000，VⅠD＝0x0451，UBS驱动采用 Windows XP系统提供的usbser.sys。温度采集结果如图5所示。

图5 温度采集结果

结 语

采用CC2531无线单片机，实现了基于USB接口的虚拟串口通信，并详细介绍了基于CDC类的USB虚拟串口通信的实现。实验结果表明，数据传输率满足采用ⅠEEE 802.15.4协议的低速无线传感器网络的要求，同时又避免了PC端驱动程序的开发，具有一定的实际意义。

［1］Texas Ⅰnstruments.CC2531Data Sheet［EB／OL］.［2011－07］.http：／／www.ti.com.

［2］Texas Ⅰnstruments.CC253xUser Guide［EB／OL］.［2011－07］.http：／／www.ti.com.

［3］Universal Serial Bus Class Definitions for Communication Devices Version 1.1［EB／OL］.［2011－07］.http：／／www.usb.org／home.

［4］樊荣.基于USB CDC的虚拟以太网接口研究与设计［D］.武汉：华中科技大学，2007.

［5］许福，舒志，张威.Visual C＋＋程序设计技巧与实例［M］.北京：中国铁道出版牡，2003.