Cypress EZ-USB FX3: il controller USB 3.0 con cuore ARM9

Cypress EZ-USB FX3

Cypress Semiconductor ha annunciato il suo primo controller integrato USB 3.0, l’EZ-USB FX3, basato su un core realizzato con architettura ARM9.

Il controller è particolarmente indicato per applicazioni di elaborazione video ed imaging, per scanner e stampanti, e per numerose altre applicazioni che richiedono un’elevata banda per il trasferimento dati; in altre parole, un data rate non ottenibile con lo standard USB 2.0. L’EZ-USB FX3 è pertanto ideale per muovere ingenti quantità di dati ad una velocità estremamente elevata; per esempio, può eseguire la riproduzione (streaming) di video in alta definzione senza la necessità di eseguire una compressione video a livello di periferica.

Il nuovo dispositivo (codice Cypress: CYUSB3014) è caratterizzato da un’estrema flessibilità, ed è provvisto di un’interfaccia configurabile di tipo parallelo denominata GPIF II (acronimo di General Programmable Interface), in grado di fornire una pipeline dati USB 3.0 con velocità fino a 5 Gbps e di connettersi a qualunque tipo di processore, ASIC, sensore di immagini, o FPGA. L’interfaccia GPIF II è in pratica la versione potenziata della precedente versione GPIF, disponibile sulla serie di controller FX2LP per USB 2.0. Questa interfaccia consente di stabilire una connessione semplice e glueless con la maggiorparte dei dispositivi di interfacciamento industriali, come FIFO Slave sincrone, SRAM asincrone, interfacce Address Data Multiplexed sia sincrone che asincrone, parallel ATA, e così via.

Come già accennato, il dispositivo è realizzato attorno ad un core ARM9 totalmente configurabile, e compatibile all’indietro con lo standard USB 2.0. L’architettura prevede un bus interno progettato per operare 4 volte più velocemente rispetto al data rate previsto per lo standard USB 3.0. Il componente è disponiile nel package BGA da 10 x 10 mm a 121 pin con range di temperatura industriale. Ricordiamo inoltre che Cypress Semiconductor è leader di mercato nel settore dei controller USB, con oltre un miliardo di dispositivi prodotti a partire dal 1996.

Scheda tecnica del componente

Le principali caratteristiche tecniche del controller, di cui è riportato uno schema a blocchi nell’immagine seguente, si possono così riassumere:

  • USB:
    • dispositivo conforme allo standard USB 3.0
    • funzionalità On-The-Go (OTG) conforme allo standard Supplement Version 2.0
    • 32 endpoint fisici
  • GPIF II:
    • interfaccia regolata da una macchina a stati
    • interfaccia di tipo Master o slave, sincrona o asincrona
    • configurabile a 8/16/32 bit, con velocità fino a 100 MHz
  • core, memoria e programmabilità
    • core basato sul processore ARM926EJS, operante a 200 MHz
    • memoria di 512 KB
    • disponibilità di software di esempio: API per la gestione USB ed applicazioni di esempio
    • accesso in programmazione tramite tool di Cypress o tool standard per lo sviluppo su ARM
  • periferiche e GPIO
    • controller I2C master con velocità di 1MHz (EEPROM di boot), SPI, UART fino a 4Mbps, I2S
    • la maggiorparte degli I/O non utilizzati possono essere configurati come GPIO
  • alimentazione, clock, e package
    • alimentazione VBUS o VBATT compresa tra 3 e 6V
    • tensione di alimentazione core 1.2V, tensione di alimentazione I/O da 1.8 a 3.6V
    • supporto per ingresso quarzo da 19.2MHz
    • package BGA da 121 pin (ball), dimensioni 10 x 10mm, spessore di 0.8 mm

 

USB 2.0 vs. USB 3.0

USB è lo standard per la connettività di perferiche più diffuso al mondo, con miliardi di dispositivi che lo utilizzano per applicazioni nel campo dell’elettronica di consumo, delle periferiche per computer, e dei dispositivi portatili. Il controller EZ-USB FX3 CYUSB3014 è la logica evoluzione del suo predecessore Cypress FX2 relativo allo standard USB 2.0, offrendo, oltre ad un data rate di 5 Gbps, una migliore gestione dell’alimentazione ed un tempo di ricarica delle batterie inferiore. si stima che solo nel 2010 siano stati prodotti 4 miliardi di dispositivi dotati di interfaccia USB, e questo numero è destinato a crescere con un rate maggiore anche nei prossimi anni. Lo standard USB 3.0 (detto anche semplicemente "USB SuperSpeed") è l’ultima evoluzione dello standard creato dal consorzio USB nel 1996.

Nella seguente tabella sono messe a confronto le principali caratteristiche degli standard USB 3.0 e del suo predecessore 2.0:

 

Attributo  USB 2.0   USB 3.0
 Raw data rate  

  1. 480 Mbits/s (Hi-Speed)
  2. 12 Mbits/s (Full-Speed)
  3. 1.5 Mbits/s (Low-Speed)
 5 Gbits/s (SuperSpeed)
 interfaccia dati  

  1. Half-duplex
  2. Two-wire differential signaling
 

  1. Dual-simplex
  2. Four-wire differential signaling
 numero di segnali  quattro segnali:

  1. due per i dati USB 2.0 (D e D–)
  2. due per VBUS e GND
 otto segnali:

  1. quattro per i dati SuperSpeed (SSRX , SSRX, SSTX , SSTX–)
  2. due per i dati USB 2.0 (D e D–)
  3. due per VBUS e GND
 protocollo transazioni  

  1. diretto all’host
  2. flusso di traffico pollato
  3. pacchetti trasmessi a tutti i dispositivi downstream
  4. nessun multiplexaggio dei flussi dati
 

  1. diretto all’host
  2. notifiche asincrone
  3. pacchetti inoltrati solo al dispositivo target
  4. flussi dati multipli possibili per trasferimenti bulk
 modalità di funzionamento  due modalità:

  1. active
  2. suspend
 quattro modalità:

  1. Active (U0)
  2. Idle, Fast (U1)
  3. Idle, Slow (U2)
  4. Suspend, Slow (U3)
 corrente assorbita da VBUS  

  1. 100 mA (max) per dispositivi di bassa potenza e non configurati
  2. 500 mA (max) per dispositivi di alta potenza
 

  1. 150 mA (max) per dispositivi di bassa potenza e non configurati
  2. 900 mA (max) per dispositivi di alta potenza

  

Esempi di applicazione

Consideriamo anzitutto un primo esempio applicativo, relativo al settore video. Lo standard USB 3.0 è in grado di supportare i trasferimenti video in alta definizione con velocità fino a 360 Mb/s e si presta pertanto ad applicazioni relative a DSC, DVC, webcam, sistemi di sicurezza, eleborazione delle immagini, sistemi biomedicali.

Un secondo esempio applicativo, mostrato in questa immagine, riguarda l’utilizzo nelle periferiche per PC (stampanti, scanner, periferiche multifunzione).

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One Response

  1. lucagiuliodori 17 giugno 2011

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