FX10/20 (CYUSB401X)开发笔记5 固件架构

之前调试fx10的时候遇到了很多困难，走了不少弯路。看了很多的文档和代码，后来才发现要想调试好这颗芯片。最重要的还是要了解好固件架构，知道什么该做，什么不该做，什么是我们应该关注的，什么是我们不应该关注的，下面就分享一下我的心得。

首先我们来看一下这颗芯片固件的分层结构：

芯片分为以下几个层次，这几个层次不是在物理意义上真正存在的。只是为了好开：而人为的分了这么几个层次。I

USB Device contriller: 芯片物理层，就是由晶体管构成的那个。

USB Controller Abstraction Later (CAL)USB 控制抽象层代码，把硬件的各个寄存器控制实现为一个个的API, 这样上层再次实现某个功能的时候，不需要直接操作寄存器了

USDB layer：实现具体的协议的部分，比如实现USB的复杂的协议，实现 和FPGA通信接口的LINK协议具体部分，具体功能比如有：

自动应答标准请求 (GET_DESCRIPTOR等)

管理端点 & 数据通道

速率协商、描述符切换

APP Layer:用户层，用户具体实现自己的业务

为什么要分这么多层级呢？原因是对于芯片开发来说这么多层级好处多多。

• 抽象化和模块化：每个层次可以处理特定的功能或任务，使得各层之间的耦合度降低。这样可以更容易地替换某一层的实现而不影响其他层。例如，USB协议层可以在不改变硬件抽象层的情况下进行更新或优化。

• 易于移植：通过将硬件抽象成独立的层（如USB控制器抽象层CAL），可以更容易地在不同的硬件平台之间迁移代码。不同的硬件平台可能只需要重新实现硬件相关层，而无需修改整个应用程序或协议层的代码。

• 代码重用：在不同的项目中可以重用已经开发好的层次，减少重复劳动。例如，USB设备控制器的驱动可以在多个应用中共用，只需要为特定硬件编写底层的硬件接口部分。

• 层级隔离：每一层只负责自己的职责，避免不同模块之间的复杂交互，降低错误发生的概率。这种隔离使得每一层可以单独进行测试和调试。

• 开发效率：分层结构帮助开发人员聚焦在特定的功能上，而不需要同时处理硬件、协议等多个复杂问题。

我只是用起来这个芯片，因此只需要关心用户层和 USBD 层级就好了，再往下的不去探究了

这一点非常重要，因为我们在看固件代码的时候，他会套好几层，一层一层的，如果我们一直往下看，那么这个代码看好几年也看不完。因此我们只需要关心到USBd这一层，再往下是驱动工程师做的事情，里面涉及到的都是一些芯片寄存器操作了，我们没有寄存器手册，看了也没用。

在用户代码这一层，我们需要关心的功能由以下几个类型的函数构成：（后续的文章也是根据这几部分挨个记录）

1 freeRtos 任务：这个芯片是有实时操作系统的。这个操作系统实现了很多个任务：

A :打印日志task

打印日志的函数会把数据加入到一个缓存中，然后这个任务会把缓存中的信息定期执行

B:Cy_USBD_TaskHandler任务

实现USB协议的task "UsbdTask"

C:Cy_HBDma_Mgr_TaskHandler任务

实现数据DMA的task，HbDmaTask

这个任务内部由高带宽DMA消息队列处理任务

所有高带宽DMA套接字接收的中断通过此消息队列传递给HBDma管理器任务。

D:Cy_UVC_AppDeviceTaskHandler任务是

实现 用户功能的task，这里是UVC功能

UvcDeviceTask ，在Cy_USB_AppInit函数中创建

这个任务内部有 USB设备堆栈消息队列：从USBHS接收的中断以及USBSS IP块通过该消息队列传递给USB堆栈任务

E:reertos 内核创建的task：

以下任务我们无需关注。只是了解有这个就可以了。

• Idle task created by FreeRTOS Kernel:

Idle task 是 FreeRTOS 的“兜底任务”，当系统没有其它任务运行时，它接管 CPU，做资源回收、低功耗、Idle Hook 调用等后台工作。

• Timer task created by FreeRTOS Kernel: 定制器任务，总管一切软件定制器

主要作用：

统一调度软件定时器

所有通过 xTimerCreate()、xTimerStart() 等 API 创建的 FreeRTOS 软件定时器，不会自己生成单独的任务，而是将超时事件放入一个定时器命令队列中，由 Timer task 轮询处理并调用用户注册的回调函数。

     集中管理，减少任务开销

软件定时器共享一个 Timer task，避免每个定时功能都开独立任务，降低了任务切换开销。

代码中有以下两个timer:

usbdTimer：

• 在 USB 链路从低功耗恢复到活跃状态后，延迟 10ms（USB 2.x）或 50ms（USB 3.x）才允许再次进入低功耗模式，确保数据传输完成。

usb3ConnTimer：

• 检测到 USB 2.x 总线复位后，延迟 400ms 再尝试 USB 3.x 重连，保证主机控制器的增强模式就绪。

这些定时器的回调最终都是在 Timer task 里被调用的。

执行流程举例说明这个：

1. 硬件 SysTick 每 1ms 触发一次 tick 中断
2. FreeRTOS tick handler 检测到 500ms 到期 → 向 Timer task 队列发送“执行 LedToggleCallback”命令
3. Timer task 从队列取出命令 → 调用 LedToggleCallback() → 切换 LED 状态

2 回调函数

所有回调函数都是中断回调实现的，这里中断实现的回调函数分为两类：

A 中断回调函数当场执行，也就是说直接在中断中解决了，主要是一些LVDS DMA的中断需要及时处理，这类对实时性要求非常高的。

B中断后只是把需要执行的消息通过freertos发送给任务，让任务后续再慢慢执行，一些比较耗时的任务在这里执行。

通过这些任务和回调函数，可以实现我们需要的各种功能，我们要设置的一些功能包括：（后续的文章也是根据这几部分挨个记录）

1 HBDMA:

实现Fpga的数据到了fx10以后。这些数据传输到USB的端点上的路径应该如何配置，内部有一些socket，thread,描述符等等：

1. Thread

• • LVDS 物理链路和 DMA Adapter 之间的专用硬件连接
  • 可以理解为一个数据通道（比如一根数据线）

1. DMA Adapter

• • 把 Thread 上的数据搬到 DMA Buffer（或反向）
  • 类似数据格式转换和搬运的“接驳器”

1. Socket

• • 外设和 DMA Buffer 之间的接口
  • 每个外设通过 socket 与 DMA 交互

1. Descriptor

• • 描述当前和下一个 DMA Buffer 区域的结构体
  • 用于 DMA 控制器知道下一步要搬运哪一段数据（支持链式传输）

Thread → Adapter → Socket 关系：LVDS/LVCMOS数据通道有2个DMA Adapter，对应4个thread，每个thread 有8个socket，

socket是抽象好的最小的数据传输线路，代码中给每个socket编了号，不同的socket就是对应不同的硬件数据传输路线，比如地址为17的socket是第三个thread，对应DMA adapter1

每个 Socket 有唯一的 全局编号，这样一来，代码里给 Socket 编号，其实就是在选用哪一条硬件传输通道。

这些大概看看，先记录下手册提到的，有个映像。

2 USB 协议

实现USB的各个协议功能，比如说set up的解析自动回复。Cc检测等

3 LVDS/LVCMOS接口

Fpga的数据如何输入到fx10，LVds，LVCMOS接口如何训练等，数据发送的时序是什么等等

 

4 APP 应用业务

自己的一些业务，比如说uVC协议中的一些规定可以在行任务中做实现，又或者说自己的一些特定功能。

这些功能大部分demo都改好了，我们只需要修改一部分。重点其实还是APP自己的业务那块。

后面的笔记记录挨个记录下提到的这些功能如何实现的，尤其是如何对接FPGA的。