使用CY7C68013A GPIF和FIFO的疑问求解

基于你的需求，这里是对使用 CY7C68013A (FX2LP) 实现双路 9MHz 数据接收并通过 USB 传输到 PC 的可行性和注意事项的分析：

核心结论：理论上可以实现，但挑战很大，且需要深度定制，无现成例程完全匹配

1. 
   

   技术可行性：

   
   
   
   
   • GPIF/FIFO能力： FX2LP 的设计主要用于 单路 高速数据传输 (Slave FIFO 或 GPIF Master)。GPIF 本身是一个高度灵活的 串行执行 的状态机，一次只能处理一个数据流的方向和时序。
   
   
   • 双路并行接收： 这是最大的难点。你希望两路独立时钟（各 9MHz）和数据（各 8 bit）同时输入。
     
     
     
     • 物理连接： 芯片有足够的 I/O 引脚连接两路的 CLK（2个）和 DATA（16个）。
     
     
     • 逻辑处理： FX2LP 的 GPIF/FIFO 控制器核心本质上是单线程的。它无法同时响应两个完全独立的、异步的时钟源进行数据接收到两个不同的 FIFO 缓冲区。GPIF 状态机一次只能被一个触发条件（如一个 FIFOADR 的 READY 信号）驱动执行。
     
     
   
   
   • 数据速率：
     
     
     
     • 单路带宽：9 MHz * 1 Byte = 9 MB/s。
     
     
     • 总带宽：18 MB/s。
     
     
     • USB 2.0 高速 (480 Mbps) 理论最大 约 53 MB/s，实际有效 通常在 30-45 MB/s 之间。18 MB/s 在 USB 有效带宽范围内。理论上 USB 带宽足够。
     
     
     • 内部 FIFO 带宽： FX2LP 内部 FIFO 在最优配置下可以达到 96 MB/s (16-bit, GPIF Master)。即使两路加起来 18 MB/s，FIFO 带宽也不是瓶颈。
     
     
   
   
   
   


2. 
   

   实现路径与巨大挑战：

   
   
   
   
   • 
     

     方案 A：尝试用 GPIF 模拟双路从机接收 (最复杂且风险最高)

     
     
     
     
     • 思路： 编写极其复杂的 GPIF 波形描述符，试图通过条件跳转 (基于 CTL / RDY 信号) 在两个 FIFO (FIFOADR) 和两套时序/控制信号之间快速切换。
     
     
     • 核心问题：
       
       
       
       • 异步时钟与同步难题： 两个外设的时钟是独立/异步的。GPIF 运行在 IFCLK (典型 30MHz 或 48MHz)。尝试在 9MHz 外部时钟边沿采样不同源的 8-bit 数据，同时在两者之间切换而不丢失任何一个时钟边沿的数据，非常非常困难，几乎不可能稳定实现。状态机切换延迟会导致漏采数据或时序冲突。
       
       
       • 仲裁逻辑缺失： FX2LP 没有内置硬件仲裁器来解决两个外部主机同时请求写入其 FIFO 的冲突。
       
       
       • 中断/状态更新： GPIF 在执行描述符时无法轻易中断来处理另一个数据流，状态机按节拍执行。
       
       
     
     
     • 结论：不推荐。 极难稳定工作，可靠性差。
     
     
     
     
   
   
   • 
     

     方案 B：使用两个 PORT (非 GPIF/FIFO) - 此路不通

     
     
     
     
     • 想法： 用 PORT A/B/C/D 的普通 GPIO 模式。
     
     
     • 问题： 无法实现 9MHz 的稳定采样和 FIFO 缓冲。普通 GPIO 没有 FIFO 缓冲或 DMA 支持，需要 CPU 轮询或中断。CPU 最高 48MHz，处理单端口 9MHz 轮询就几乎耗尽资源（一个周期 111ns，CPU 执行一条指令都需要几十 ns），更别提两路。完全不可行。
     
     
     
     
   
   
   • 
     

     方案 C：单 GPIF/Slave FIFO 接口，外部分时复用/仲裁 (较实际)

     
     
     
     
     • 思路：
       
       
       
       1. 使用外部的 FPGA/CPLD 或逻辑器件作为仲裁器和数据整合器。
       
       
       2. 外部逻辑：
          
          
          
          • 接收两路独立的数据流（CLK1+ DATA1, CLK2+DATA2）。
          
          
          • 使用一个更高频率的时钟（>> 18MHz，例如 48MHz 或 72MHz）。
          
          
          • 将两路数据串行化或交织成单路数据流（例如，将 DATA1 和 DATA2 交替，或在每个 IFCLK 周期发送两路数据，或者定义一个共享总线协议）。
          
          
          • 根据共享总线协议（可能引入 RDY 和 CTL 信号），用 IFCLK 输出整合后的数据流给 FX2LP。
          
          
       
       
       3. FX2LP 配置为 Slave FIFO 输入模式或 GPIF Master 输入模式。GPIF 波形变得相对简单，因为它只需要处理一个时钟 (IFCLK) 和一个逻辑上合并的数据流。
       
       
     
     
     • 优点： 克服了 FX2LP 无法原生处理双异步时钟源的难题。外部仲裁/整合是解决此类问题的标准方法。
     
     
     • 缺点：
       
       
       
       • 需要增加额外的硬件（FPGA/CPLD/逻辑芯片）。
       
       
       • 设计复杂度转移到外部逻辑，需要设计该逻辑及其与 FX2LP 的接口。
       
       
       • 在合并数据流中需要定义帧结构（标记哪个数据属于哪一路）或保证顺序性。
       
       
     
     
     • 结论：最可行、最可靠的方法。 利用 FX2LP 的单路高速 Slave FIFO/GPIF 能力，通过外部逻辑解决多路整合。
     
     
     
     
   
   
   • 
     

     方案 D：两个 FX2LP 芯片

     
     
     
     
     • 思路很简单，每个通道用一个独立的 FX2LP 芯片。
     
     
     • 问题：
       
       
       
       • 成本翻倍。
       
       
       • PC 端需要识别和管理两个独立的 USB 设备/端点。
       
       
       • 系统集成更复杂。
       
       
     
     
     • 结论： 在方案 C 不可行时可以考虑（比如无法加入外部逻辑），但非首选。
     
     
     
     
   
   
   
   


3. 
   

   特殊注意事项 (针对方案 C，这是主要推荐方案)：

   
   
   
   
   • 带宽保证： 确保合并后单路数据流的速率 IFCLK * BusWidth <= FX2LP FIFO 吞吐能力 (在所需配置下) 和 USB 有效带宽。18 MB/s 在 USB 2.0 高速下通常可行，但需考虑驱动效率和实际传输。
   
   
   • 外部逻辑设计： 外部整合逻辑需要可靠处理两路独立时钟域（CLK1, CLK2）到内部工作时钟域（>18MHz）的同步和可能的数据缓存/队列，避免溢出。通常需要 FIFO 或双缓冲。
   
   
   • 信号完整性： 9MHz 虽然不算极高，但并联在 PCB 上的时钟线和数据线走线仍需注意长度匹配、阻抗控制和串扰。尤其是如果使用 FX2LP 的 Slave FIFO 模式（SLRD/SLWR/IFCLK 需严格同步）。
   
   
   • IFCLK 来源： 通常使用 FX2LP 输出的 IFCLK（比如 30MHz 或 48MHz）同步外部逻辑和 FX2LP。确保外部逻辑能在这个频率下可靠工作。
   
   
   • 数据打包： 需要设计合并数据流的格式。在 USB 固件和 PC 驱动/应用程序端需要解释此格式以分离出两路原始数据。
   
   
   • GPIF 波形/Slave FIFO 配置： 配置会相对简单，类似于标准的输入传输。
   
   
   • 固件优化： 确保固件（TD_Poll()）和驱动能高效地将数据从端点 FIFO 通过 USB 传输出去，避免 FIFO 溢出。批量传输通常足够，但需要正确设置数据包大小。
   
   
   • 电压电平： 确保所有连接信号（CLKx, DATAx, IFCLK, FD[15:0], CTL, RDY）的电压电平兼容（FX2LP I/O 是 3.3V）。
   
   
   • 引脚分配： 仔细规划 FX2LP 的引脚连接，将 FD[15:0], CTL[5:0], RDY[5:0], IFCLK 分配给整合数据流、控制信号和同步时钟。
   
   
   
   


4. 
   

   相关例程：

   
   
   
   
   • Cypress FX2LP SDK（现在归 Infineon）提供了丰富的示例。虽然没有直接匹配你双路独立时钟需求的例程，但以下示例非常相关：
     
     
     
     • SlaveFifo 示例： 这是基础。展示如何将 FX2LP 配置为 Slave FIFO（8-bit 或 16-bit）。你需要理解如何配置输入模式、FIFOPINPOLAR、 AUTOIN/OUTLEN 等寄存器，以及如何处理 EP2/4/6/8 FIFO。
     
     
     • GpifSngl 和 GpifApp 示例： 展示如何设计 GPIF 波形描述符（使用 GPIF Designer 工具）。即使你最终采用 Slave FIFO 模式或需要修改 GPIF 波形，理解这些示例也是必要的。
     
     
   
   
   • 你需要做的是：
     
     
     
     • 基于 SlaveFifo 或简单的 GPIF 输入波形示例作为起点。
     
     
     • 修改固件初始化代码，配置所需的端口、FIFO 和时钟（将 IFCLK 配置为内部 48MHz 输出通常是个好选择）。
     
     
     • 根据方案 C，GPIF 状态机或 Slave FIFO 控制的波形/信号会非常简单。主要工作量在外部逻辑的设计和数据合并协议的制定。
     
     
     • 修改固件（TD_Poll()）处理从端点 FIFO 读入的合并数据，或者让 PC 端应用程序来处理拆包。
     
     
     • 使用 Cypress Suite USB 3.4.7 及更高版本中的 GPIF Designer 工具进行波形设计（如果使用 GPIF Master 模式）。
     
     
   
   
   
   

总结与建议

1. 直接使用单个 FX2LP 芯片原生支持两个独立的异步 9MHz 数据流接收是极其困难甚至不可能的。主要瓶颈在于其 GPIF/Slave FIFO 引擎无法同时响应两个异步时钟源。


2. 推荐且最可行的方案是方案 C：使用外部 FPGA/CPLD 或高速逻辑芯片进行数据整合。
   
   
   
   • 外部芯片处理两路异步输入（CLK1+DATA1, CLK2+DATA2）。
   
   
   • 在更高的同步时钟 (IFCLK) 下将数据整合/交织成单路数据流。
   
   
   • FX2LP 配置为 Slave FIFO 输入或使用简单的 GPIF 输入状态机接收这个合并流。
   
   
   • 在固件或 PC 端解析合并流，恢复出两路原始数据。
   
   


3. 实现关键： 成功的关键在于外部整合逻辑的可靠设计和实现。选择一个合适的 FPGA/CPLD 并仔细设计其内部逻辑（跨时钟域处理、同步、数据打包、FIFO管理）和接口时序。


4. 例程参考： 仔细研究 Cypress SDK 中的 SlaveFifo 示例代码和文档，以及 GPIF 相关的例子和 GPIF Designer 工具文档。这些为你配置 FX2LP 的 FIFO、端点和接口模式提供了基础。但它们不能直接解决双独立时钟源的问题。

综上所述，目标功能可以通过“FX2LP + 外部整合逻辑”的方案实现，总带宽 18MB/s 可行，但需要付出设计和实现外部逻辑的努力。纯 FX2LP 方案（无外部逻辑）用于双路异步接收几乎不可行。 开始前务必认真规划外部逻辑部分的设计。

举报