電子工作/USBN9603

• A0 を HIGH にする
• レジスタ番号を D7-0 にセット
• ~WR を ↓↑
• A0 を LOW にする
• データを D7-0 にセット
• ~WR を ↓↑

なかなか面倒だ。

結局 大きく4 つの状態にわけて、

• IDLE モード
• INIT モード
• INTR モード
• DMA モード

                        <-> INIT モード
          IDLE モード   <-> INTR モード
                        <-> DMA モード

というかんじで状態遷移するのがよさそうだ。

INTR モード

他にもあると思うけども、最低しなければならないことはこんな感じ？

• コントロールに対する 受信
  • Set Address (RquestType = 0 , cmd = 0x5)
  • Get Descriptor (RequestType = 1,cmd = 0x06 ？)
    • Get Device Descriptor
    • Get Configuration Descriptor
    • Get Report Descriptor
• Set Configuration

• Reset 要求

• パイプ 1-6 に対する 送受信処理

Set Adress

• ホストから送られてきた 7bit の アドレスを chip に設定する。

Get Device Descriptor

• ROM に 用意しておいたデータを送り込めば良いらしい。 データ量は 256 バイト以下だが、結構複雑。

初期化

やるべきことは、

• delay を入れる。
• レジスタにデータを設定していく。

ぐらい？

• 電子工作の実験室のUSB関係
• USB加速度センサマウス

このあたりのコードをみていて linux の /proc/bus/usb/devices の読み方 が少しわかったのでめも。

• マウス

  マウス
                                                                                  
  T:  Bus=01 Lev=02 Prnt=02 Port=01 Cnt=01 Dev#=  5 Spd=1.5 MxCh= 0
  D:  Ver= 1.10 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs=  1
  P:  Vendor=04b4 ProdID=aef9 Rev= 0.01
  S:  Manufacturer=PopStyle Mouse
  S:  Product=PopStyle Mouse
  C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=a0 MxPwr= 26mA
  I:  If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=03(HID  ) Sub=01 Prot=02 Driver=hid
  E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=   4 Ivl= 10ms
  
  C: コンフィグレーションディスクリプタ
       #Ifs=1 インターフェイスが1つ
       Cfg#=1 
       Atr=a0  bit 7 バスパワー bit 5 ウェイクアップあり？ 
       MxPwr= 26mA
  
  I: インターフェイス ディスクリプタ
       If#= 0   インターフェイス 0
       Alt= 0   オルターネーティブなし
       #EPs= 1   エンドポイントの数 1
       Cls=03(HID  )  クラス HID
       Sub=01         サブクラス ブートデバイス(ブート時に enable される？)
       Prot=02        プロトコルマウス
       Driver=hid
  
  E: エンドポイント ディスクリプタ
       Ad=81(I)      Bit 7 (Host から見て入力) 1  Bit 3-0 アドレス = 1
       Atr=03(Int.)  Int. インタラプト伝送
       MxPS=   4     パケットサイズ 4 バイト
       Ivl= 10ms    インターバル 10ms
  
  

ってかんじ。

• モルフィー ROM Writer (と汎用 I/O もほぼ同じ)

  T:  Bus=01 Lev=02 Prnt=02 Port=03 Cnt=02 Dev#=  6 Spd=1.5 MxCh= 0
  D:  Ver= 1.10 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs=  1
  P:  Vendor=0bfe ProdID=1004 Rev= 0.01
  S:  Manufacturer=Morphy Planning
  S:  Product=USB ROM Writer
  
  C:
      #Ifs= 1
      Cfg#= 1
      Atr=80       バスパワー ウェイクアップなし
      MxPwr=100mA
  I:  
      If#= 0 
      Alt= 0
      #EPs= 1 
      Cls=03(HID  ) 
      Sub=00   Prot=00  未定義の場合 0x00 にすれば良いわけか
      Driver=hid
  E:  
      Ad=81(I)
      Atr=03(Int.) 
      MxPS=   8     パケット長 8 バイト 
      Ivl=  4ms     4ms 間隔
      
  

• ミツミ Blue tooth

  T:  Bus=01 Lev=02 Prnt=02 Port=02 Cnt=02 Dev#=  7 Spd=12  MxCh= 0
  D:  Ver= 1.10 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 MxPS=64 #Cfgs=  1
  P:  Vendor=03ee ProdID=641f Rev= 1.14
  C:* #Ifs= 3 Cfg#= 1 Atr=c0 MxPwr=200mA
  
  I:  If#= 0 Alt= 0 #EPs= 3 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 Driver=hci_usb
  E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=  16 Ivl=  1ms
  E:  Ad=02(O) Atr=02(Bulk) MxPS=  64 Ivl=  1ms
  E:  Ad=82(I) Atr=02(Bulk) MxPS=  64 Ivl=  1ms
  
  I:  If#= 1 Alt= 0 #EPs= 2 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 Driver=(none)
  E:  Ad=03(O) Atr=01(Isoc) MxPS=   0 Ivl=  1ms
  E:  Ad=83(I) Atr=01(Isoc) MxPS=   0 Ivl=  1ms
  
  I:  If#= 1 Alt= 0 #EPs= 2 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 Driver=(none)
  E:  Ad=03(O) Atr=01(Isoc) MxPS=   0 Ivl=  1ms
  E:  Ad=83(I) Atr=01(Isoc) MxPS=   0 Ivl=  1ms
  
  I:  If#= 1 Alt= 2 #EPs= 2 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 Driver=(none)
  E:  Ad=03(O) Atr=01(Isoc) MxPS=  17 Ivl=  1ms
  E:  Ad=83(I) Atr=01(Isoc) MxPS=  17 Ivl=  1ms
  
  I:  If#= 1 Alt= 3 #EPs= 2 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 Driver=(none)
  E:  Ad=03(O) Atr=01(Isoc) MxPS=  25 Ivl=  1ms
  E:  Ad=83(I) Atr=01(Isoc) MxPS=  25 Ivl=  1ms
  
  I:  If#= 1 Alt= 4 #EPs= 2 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 Driver=(none)
  E:  Ad=03(O) Atr=01(Isoc) MxPS=  33 Ivl=  1ms                                   
  E:  Ad=83(I) Atr=01(Isoc) MxPS=  33 Ivl=  1ms
  
  I:  If#= 1 Alt= 5 #EPs= 2 Cls=e0(unk. ) Sub=01 Prot=01 Driver=(none)
  E:  Ad=03(O) Atr=01(Isoc) MxPS=  49 Ivl=  1ms
  E:  Ad=83(I) Atr=01(Isoc) MxPS=  49 Ivl=  1ms
  
  I:  If#= 2 Alt= 0 #EPs= 0 Cls=fe(app. ) Sub=01 Prot=00 Driver=(none)
  
  
  これは結局 インターフェイスが 3 つあって、
  
      If#0  (クラス unk.)
            エンドポイント 入力 1 インタラプト転送  パケット長16
            エンドポイント 出力 2  バルク転送       パケット長64
            エンドポイント 入力 2  バルク転送       パケット長64
  
      If#1  (クラス unk.)
            エンドポイント 出力 3  アイソクロナス転送
            エンドポイント 入力 3  アイソクロナス転送
      If#2  (クラス app.)
           (なし)
  
  こんなかんじに構成されている。それだけではなく。
       If#1 には、Alt1 - Alt6 が設定されている。それぞれのパケット長が
       9,17,25,33,49 バイト。これはどういうことなのかまではよく分からない。
  
  とにかく、メインのデータストリームが流れるのは、#If 0 の 
  バルク転送の 入出力 2 ということらしい。
  
  

ここまでわかるとなおさら疑問がいろいろ出て来るなぁ。

• モルフィーの 場合 なぜ 入力インタラプト転送 1つで 入出力できるんだろう？
  入力パケットのリプライとして 次のコマンドを送るってことなのだろうか? そうすると 4ms 後にデータがやってくる。ひょっとしてそういう使い方？

• あ、ようやく usb_set_report の意味が分かった。

• set_report というコマンドで 8 バイトのデータ を コントロール用 エンドポイント0に送る。
• エンドポイント1 から 8 バイトの データを読む。
• ROM-Writer の場合 これが セットになっている。で、 エンドポイント1 から読めるデータは、最後に送られたもの？ かならずしも 1:1 に対応していないようだ。ROM-Writer の場合 受け取った 8 バイトのデータを変更して返す...みたいな処理なので、 1:1 に対応しているかどうかはチェックができる。

なんかこんな感じのバランスで設計されている。

じゃあ、自分で JTAG の デバイスをつくるときはどうしたら良いんだろう？

シリアルポートそのものにして、データを 送って 、受け取る という 動きをさせれば良いのかなぁ。

いくら遅くても良いなら、

• ダイレクトに信号線をトグルする bit パターンを送って 前の状態を返す。
• ダイレクトに信号線をセットする bit パターンを送って 前の状態を返す。

という2つぐらいのコマンドがあれば良いような気がする。

信号線のセットがいくつかあれば良いし、トグルかセットかも 属性にしてしまう。

• XXX という信号線のセットに対して トグル/セット する bit パターン を送って、前の状態を返す。
• 信号線のセットとしては、
  • 実際の信号線 ( トグルとセットができる)
  • JTAG とか SPI とかの CLK/DATAIN/DATAOUT の 3線コントロール による 仮想的な信号線。何チャネルかあっても OK。( トグル/セットの区別が ないし、もどり値も 前の状態というよりは、受け取ったデータ。

• パケット長は、ヘッダ+32バイト にして、送受信のバルク転送 を使う。

  • ヘッダ: 
       コマンド (0: 送受信 他は スベシャルな機能) 
       チャネル 2bit
              (0: 実際の信号線 1: 実際の信号線のセット 2:JTAG#1 3:JTAG#2) 
       bit 長 : 1 バイト
    データ 32 バイト
    

• オーバラップさせたいので、たぶん モルフィー方式ではダメ。 単にシリアルポートと同じように見せるのがいいんじゃないか。

さて、これだけで良いのだろうか？ JTAG は、ホスト側から一方的に コントロールするだけだが ...なんらかのデバイスをSPI で制御するなら もっと多様な処理が必要だ。

• SPI の ROM とか CLOCK の上限が 1MHz ぐらいで USB より 低いとか。
  • ビットレートまで 行かなくてもいいけど、スピードレンジとか必要か。
• USBN9603 とかなら、INT フラグが立てば、処理しないければならないから なんかイベントチェックの 指定をさせるとか。
  • 実際の信号線に対して イベントチェックの 設定ができるとか ...

こういった処理させるのなら、もはや ステートマシンじゃ無理か。

とにかく、あれだ 汎用 USB シリアル I/O ということにして、 H8 + USBN9603 で作るのをテーマに変更しよう。

だた、H8 で性能はどうかというのが問題だ。 シリアルから来たデータを処理するのに 0.5M bps でもきついらしい。

パラレルのデータを扱うが、1 bit づつ処理していくわけだから 0.1M bps も出れば良いほうではないか .. という気がする。

• USB を使いたいのは、シリアルではできない転送速度 パラレルではできない 伝送路の信頼性を得たいというのがある。 0.1M bps ならすなおにシリアル使えばよさそうだ。

数Mbps で JTAG なり SPI なりを制御するには、やはり CPLD を使わないと ダメではないか。

• DMA でデータを受け取ったら、CLK に載せて シリアルにOUT するとともに 読みこんでくる。
• そして、USBN9603 に 読んだデータを書き出す。

この処理を中心にすえて、それができるように H8の処理なりプロトコルなりを を考えていくことにしよう。

• USB_RS232C変換モジュール とかも意識する。ふつうに 920kbps までのシリアルとして使え チップとしては、2Mbps まで出せるらしいので、それ以上を目指す。
  ちなみに JTAG サポートしたチップ自体は、数十 Mbps 以上まで受けることが できるらしい。MMC だって 10Mbps だか 20Mbps までいけるはず。 やはり 作るのなら USB のハイスピードをちゃんと使いこなしたものにしたいと 思っている。

• このモジュール FTDI 8U232AM というチップを使っている。 Linuxドライバもあるらしい。 モルフィー企画でも 上のモジュールほどコンパクトではないが、3000円で キットを扱っている。

• Linuxドライバ参考に プロトコルを考えてみよう。

• FTDI 8U245AM というチップ もあるなぁ。これは、上と同じプロトコルで パラレル 8bit の送受信ができる もの。1MB/sec だそうだ。データシートを見ると 8bit のデータバスが あって、RD#/WR 信号を デバイス側 からコントロールしてデータを読み書きする。 データがあるか/送信できるかは、RXF#/TXF# 信号を出力してくる。
  基本的に 双方向 8bit のストリームデータのパイプとみなせるわけだ。 これと CPLD で望むものを作るってのは 撰択枝かもしれない。
  これを使う場合はどういう風にするんだろうか？
  6Mhz のクロックは外にでてくるみたいだから、この周波数で動くステート マシンを考える。
  で、簡単なプロトコル 。

      1バイトヘッダ
      1バイトデータ長 
      N バイトデータ
  

  こんなのをやりとりする。送信の場合は、データ長はまったく同じで、 ヘッダも 単に最後の状態(たぶん同じもの)を返す。

      ヘッダのレジスタ
      受信データカウンタ     送信データカウンタ
                    送受信シフトレジスタ
                    シフト数カウンタ(3bit)
  

これだけで、XC9536 では無理そうということが明らかだ。 でも、制御が簡単そうだから XC9572 でできるんじゃないかと思う。
さて CPLD はどうやって書き込むというと、このチップだけでは無理。 外からプログラミングしてやらないといけない。ただ、H8 使ったときも 条件いっしょだし...
これで検討してみようかなぁ。
ちなみにこのチップは、IPI で 800円。