基于FS7805 APLIF模块的应用设计

[摘要] 本文主要介绍了一款内嵌安全加密模块的USB2.0控制芯片FS7805，及其APLIF模块的应用设计，包括硬件连接、UDMA 5 波形设计与分析及其函数流程。

[关键词] FS7805 APLIF UDMA

未来的应用产品功能越来越复杂，透过整合多颗芯片的系统越来越多，随着处理器的效能不断提高，在不同芯片之间的控制传输效能就越显得重要，因此FS7805提供了高速的控制传输接口，高速I2C接口的速度可达3MHz，400KHz，100Khz，高速SPI接口波特率可达15Mbps，甚至透过APLIF来实现客制化的高速传输协议，让FS7805与周边MCU或DSP之间连接时的传输控制更容易且更快速。

FS7805概述

FS7805是由福华先进微电子推出的一款基于安全特性的、业界领先的KSoC（Kernel System-on -Chip）――内嵌安全加密模块的USB2.0可编程周边控制器。此芯片内嵌了运算速度高达60MHz的1T RISC 8051核心，USB2.0高速传输界面，无须透过PC软件运算即可进行实时加密的DES/TDES加密模块，新一代的高速高容量的SD2.0 / MMC4.0读卡界面，可透过软件设定为多种高速传输接口（ATA7 / NAND FLASH / CF）的高速可程序化逻辑界面。FS7805的功能模块如图1所示。FS7805的独特架构以及高扩充性的设计能处理所有基本的USB功能，让主系统微处理器能专注于处理各种应用的功能，确保数据在不同接口之间高速传输效能。此芯片应用领域包含：结合指纹辨识的安全储存，便携式媒体播放装置，DVB-TV，USB dongle，多种接口之间的数据传输转换（SPI to SD，UART to USB）等，为设计者提供了高度的设计灵活性。

FS7805的高速USB传输接口，可完全兼容于USB2.0高速传输的规范，达到480Mbps的传输速率，其内建了可程序化的Endpoint FIFO，可依据传输速率的需求设置为512KB / 1024KB，确保维持高效能的数据传输速度。

APLIF （Advance Programmable Logic Interface） 高效能可程序化逻辑接口，可透过软件来设定APLIF的传输特性，将APLIF模拟成多种不同的硬件接口，例如：CF / ATA7（IDE） / Serial、Parallel、Half / Full Dupley等，设计者不再需为各种不同的接口寻找不同的芯片，不同的开发平台，徙增开发时程，只要透过FS7805即可实现设计者多种不同的应用，在同一开发平台发展不同应用，缩短开发时程。

APLIF 模块

APLIF使用波形描述符来操作FIFO，可以将FIFO读波形和FIFO写波形分配到任何一个FS7805的端点FIFO上。APLIF状态机产生特定的触发和握手信号来和外部接口进行通信。APLIF的数据传输时，可以选择8位总线数据宽度或16位总线数据宽度。

在APLIF模式下，读和写的操作都是从FS7805的角度来说的，一般包括FIFORead、FIFOWrite、SingleRead和SingleWrite这四种操作。FIFORead表示数据从外部设备传输到FS7805内部的FIFO；FIFOWrite表示数据从FS7805内部的FIFO发送到外部设备；SingleRead表示数据从外部设备传输到MCU；SingleWrite表示数据从MCU发送到外部设备。

一、硬件设计

APLIF的主要引脚及功能：

（1） APLIF_CTL［5：0］：输出控制信号，通常用作使能脉冲信号及读/写脉冲信号等；

（2） APLIF_RDY［5：0］：输入Ready信号，可对指定的信号进行连续采样，以确定APLIF动作继续、等待或是反复不断采样，直到信号的指定状态出现；

（3） APLIF_DATA［15：0］：16位数据总线，也可以配置位8位数据总线；

（4） APLIF_ADDR［8：0］：地址总线，在数据传输时具有自动增一功能；

（5） XFIFO_CLK：APLIF接口时钟；

（6） APLIF_STATE［2：0］：当前APLIF状态数，用于调试模式。

APLIF与IDE硬件连接如图2所示：

二、软件设计

APLIF的波形描述符保存在内部RAM中，描述了每个APLIF信号的行为。在FS7805初始化的时候，通过固件程序将这些波形描述符装载到指定的RAM区，然后便可以实现APLIF接口的数据传输。

APLIF波形设计就是对128字节片内RAM编程。128字节被分为4部分，分别被定义为Single Read、Single Write、FIFO Read、FIFO write四种波形。可以根据不同器件的时序定义设计相应的波形以满足要求。下面以UDMA5读操作波形为例进行分析。

如图3所示CTL0是STOP信号，CTL1是HDMARDY信号，CTL2是DMACK信号，RDY0是DSTROBE信号，RDY1是DMARQ信号。UDMA的波形设计如表1所示。

S0，关键点，判断DMARQ信号是否为高，是则跳转到S1状态，否则在S0状态等待。CTL2=1，CTL1＝1，CTL0＝1；

If（RDY1 && RDY1）{ go to S1 ； } Else { go to S0 ； }

S1，非关键点，回送DMACK，延时1个周期。CTL2=0， CTL1＝1，CTL0＝1；

S2（flowstate：在flowstate内，数据的采样以及CTRL［5：0］输出均由硬件控制，直至跳转条件满足后才跳出），关键点，STOP和HDMARDY置0，判断FIFO FLAG是否为1和DMARQ是否为0，是则跳转至S3，否则一直等待数据传送完毕。CTL2=0，CTL1＝0，CTL0＝0；

If （ !RDY1 && FIFO FLAG ） { go to S3 ； } Else { go to S2； }

S3，非关键点，HDMARDY置1，延时1个周期。CTL2=0， CTL1＝1，CTL0＝0；

S4，非关键点，STOP置0延时1个周期。CTL2=0，CTL1＝1，CTL0＝1；

S5，非关键点，将CRC送上数据总线，延时2个周期。CTL2=0，CTL1＝1，CTL0＝1；

S6，非关键点，发送CRC，延时1个周期。CTL2=1， CTL1＝1，CTL0＝1；

S7，空闲状态。

结语

本文介绍的FS7805 APLIF接口在CF卡、NandFlash及移动单（双）硬盘都有很好的应用，在市场上已有相关产品出现。利用APLIF还可以开发多功能产品，只需FS7805就能提供多种接口，就可以在移动硬盘上扩充SD卡的功能，或在CDROM上扩充U盘功能等等。因此可以预见FS7805将具有很好的应用前景。

参考文献：

［1］福华先进微电子，FS7805 Data Sheet.

［2］薛园园.USB应用开发技术大全.北京：人民邮电出版社，2007，8.

（作者单位：江苏苏州大学计算机科学与技术学院）